[发明专利]一种飞机框肋类钣金零件制造工件模型设计方法

摘要

本发明涉及一种飞机框肋类钣金零件制造工件模型设计方法。首先抽取零件中性面划分成有限元网格，对于腹板轮廓内非腹板的结构要素，采用直接沿腹板法向量方向向腹板平面直接投影的方法计算展开后网格单元节点坐标；对于腹板和待展开的弯边，采用带约束的基于单元等变形的曲面展开算法计算网格单元展开后节点坐标。本发明所述的方法面向框肋零件关键制造工序，为成形工艺和工装设计提供数据源。本发明的方法在于快速、精确计算框肋零件制造工件模型外形，满足数字化制造的需求。本发明有效地解决了飞机框肋类钣金零件数字化制造中的下料及成形工件计算问题。

主权项

1.一种飞机框肋类钣金零件制造工件模型设计方法，其特征在于按制造工序的需要对发生塑性变形而形成的曲面形状结构要素展开成平面，与该工序下不需展开的结构要素共同构成工件形状，具体步骤如下：步骤1：将腹板平面变换零件至三维坐标系中的XY平面，采用有限元方法将零件中性面划分成网格，赋予每个网格单元不同的编号；所述的网格单元为三角单元，边长小于零件最小弯边高度的百分之二十；步骤2：根据每个网格单元的三个节点坐标，将任意两条边向量的叉乘除以向量的模，得到网格单元的单位法向量，所述两条边向量的叉乘遵循右手定则；步骤3：将腹板的网格与腹板轮廓内通过塑性变形而形成的减轻孔、加强窝和加强槽非腹板结构要素的网格、制造工序中待展开弯边的网格共同构成曲面片Ω₀，展开形成平面片Ω₁，具体步骤为；步骤a：以腹板上任一网格单元ΔA₀B₀D₀为首展网格单元，将首展网格单元展开为网格单元ΔABD，网格单元ΔABD的节点A，B，D坐标等于首展网格单元ΔA₀B₀D₀中的A₀，B₀，D₀坐标；步骤b：计算与首展网格单元ΔA₀B₀D₀四周的任一个邻接网格单元ΔB₀C₀D₀展开为网格单元ΔBCD的节点C坐标：若ΔB₀C₀D₀的单位法向量与首单元单位法向量一致且节点C的z坐标z_c＝0，则C点坐标与C₀点坐标一致；否则C点坐标的计算为：xC=(SA0-SB0-SD0+SC0)(xA+xB+xD)-3xASA0+3xBSB0+3xDSD03SC0]]>yC=(SA0-SB0-SD0+SC0)(yA+yB+yC)-3yASA0+3yBSB0+3yDSD03SC0]]>z_C＝0其中，S_A0和S_A为三角形单元ΔB₀C₀D₀和ΔBCD的面积，S_C0和S_C是三角形单元ΔA₀B₀D₀和ΔABD的面积，S_D0、S_B0、S_D、S_B是对四边形区域A₀B₀C₀D₀和ABCD分别作分割ΔA₀B₀C₀、ΔA₀C₀D₀和ΔABC、ΔACD后对应的面积，S_i＝S_i0/ε，i＝A，B，D，ε为设定的映射前后单元面积的变化率；步骤c：再以步骤b得到的邻接网格单元ΔB₀C₀D₀为首展网格单元，重复步骤a～步骤b，直至得到曲面片Ω₀所有网格单元展开的网格单元坐标，构成平面片Ω₁；步骤4：将步骤3得到的平面片Ω₁形成的展开轮廓与该制造工序中不需展开的弯边轮廓合并得到飞机框肋类钣金零件制造工件模型轮廓。