一种球形高筋壁板模压失稳临界下压高度测定方法技术

本发明专利技术提供了一种球形高筋壁板模压失稳临界下压高度测定方法，通过壁板在模压时凸缘部分变形的实际压应力与凸缘部分局部蒙皮失稳临界压应力和局部筋条失稳临界压应力分别进行比较，确定高筋壁板失稳临界压应力，进而得出失稳临界下压高度，并采用有限元分析法对球形高筋壁板进行模压成形仿真，得到失稳临界压应力值和失稳临界下压高度值；将解析结果与仿真结果进行比对，验证两种方法所得结果的一致性，为设计人员提供了球形高筋壁板结构及成形曲率半径大小极限性，从源头上提高球形高筋壁板工艺可行性，工艺可以根据失稳临界压应力和失稳临界下压高度，合理规划具体实施的成形轨迹、压力以及下压量，有效地对板材的变形进行控制，提高成形质量。提高成形质量。

【技术实现步骤摘要】
一种球形高筋壁板模压失稳临界下压高度测定方法


[0001]本专利技术属于承力结构成形工艺
，特别涉及一种球形高筋壁板模压失稳临界下压高度测定方法。

技术介绍

[0002]我国空间站节点舱的主承力结构由多个球形外凸高筋整体壁板结构组成，每个球形壁板在筋条结构上都有所差别。筋条分布于壁板外侧，筋条之间相互交叉为“*字形”或“十字形”，且筋条发生大变形并相互作用。
[0003]传统的高筋壁板结构中，双曲的零件一般是一个方向曲率较大，另一个方向曲率较小，而且筋条一般沿曲率较小的方向。而在空间站节点舱的整体壁板中，蒙皮厚度为1
‑
8mm，筋高为17.5
‑
30mm，并且具有多筋条非均匀排布、筋条参与变形且变形曲率大(曲率半径小于2米)以及具有多个高精度安装座等复杂结构特点，其成形制造极为困难。另外，该壁板在外太空使用，在轨时间长，承受内压载荷，对零件内部损伤以及残余应力分布等成形缺陷敏感，零件成形精度和质量要求极高。
[0004]目前采用一种改进的模压工艺成形该球形高筋壁板，但模压时壁板凸缘部分(即壁板模压时露出模具的部分)的蒙皮和筋条会发生起皱失稳，影响壁板的成形精度，因此有必要对起皱行为进行预测，得到能够用于控制起皱失稳的工艺参数。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中的不足，本专利技术人进行了锐意研究，提供了一种球形高筋壁板模压失稳临界下压高度测定方法，用于估算球形高筋壁板模压失稳临界下压高度，以避免成形过程中板料发生皱曲，提高成形质量，从而完成本专利技术。
[0006]本专利技术提供的技术方案如下：
[0007]一种球形高筋壁板模压失稳临界下压高度测定方法，包括以下步骤：
[0008]S100，根据球形高筋壁板的外形，确定球形高筋壁板平板展开料选用圆板结构或者正多边形结构，相应的壁板蒙皮平板展开料选用圆板结构或者正多边形结构，采用高筋壁板凸缘部分蒙皮变形的实际压应力σ
θ
(h)和失稳临界压应力σ
cr
(h)
蒙皮
的表达式，令σ
cr
(h)
蒙皮
＝σ
θ
(h)，获得壁板蒙皮临界下压高度h，将h代回σ
cr
(h)，获得壁板蒙皮失稳临界压应力σ
cr
(h)
蒙皮
；
[0009]S200，采用球形高筋壁板凸缘部分局部筋条失稳临界载荷P
cr
和产生临界应变所需的外力P的表达式，令P
cr
＝P，获得局部筋条失稳临界应变值ε
cr
，将失稳临界应变值ε
cr
代回局部筋条失稳临界载荷P
cr
解析式，求出局部筋条失稳临界载荷P
cr
，再结合筋条截面积，得出局部筋条失稳临界压应力σ
cr
(h)
筋条
；
[0010]S300，将高筋壁板实际压应力与壁板凸缘处局部蒙皮失稳临界压应力σ
cr
(h)
蒙皮
和局部筋条失稳临界压应力σ
cr
(h)
筋条
进行比较，确定高筋壁板失稳临界压应力，进而测得失稳临界下压高度h。
[0011]根据本专利技术提供的一种球形高筋壁板模压失稳临界下压高度测定方法，具有以下有益效果：
[0012]本专利技术提供的球形高筋壁板模压失稳临界下压高度测定方法，通过凸缘实际压应力σ(h)和凸缘局部蒙皮或筋条发生所需压应力σ
cr
(h)进行比较，确定高筋壁板失稳临界压应力，进而求出失稳临界下压高度h，并采用有限元分析法对所述球形高筋壁板进行模压成形仿真，得到失稳临界压应力值和失稳临界下压高度值；将解析结果与仿真结果进行比对，验证两种方法所得结果的一致性，为设计人员提供了球形高筋壁板结构及成形曲率半径大小极限性，从源头上提高球形高筋壁板工艺可行性，同时工艺可以根据失稳临界压应力和失稳临界下压高度，合理规划具体实施的成形轨迹、压力以及下压量，有效地对板材的变形进行控制，提高板材的成形性能，避免成形过程中板料发生皱曲，提高成形质量。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例1提供的平板展开料结构示意图；
[0014]图2为本专利技术实施例1提供的模压时高筋壁板径向轮廓示意图；
[0015]图3为本专利技术实施例1提供的仿真验证模型装配示意图；
[0016]图4为本专利技术实施例1提供的有限元分析法得出的临界应力与失稳临界下压高度示意图；
[0017]图5为本专利技术实施例1提供的预成形模具与待成形组件成形前装配示意图。
[0018]附图标号说明
[0019]1‑
高筋壁板；2
‑
橡胶覆板I；3
‑
橡胶覆板II；10
‑
凸模；20
‑
凹模。
具体实施方式
[0020]下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0021]在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0022]本专利技术提供了一种球形高筋壁板模压失稳临界下压高度测定方法，包括如下步骤：
[0023]S100，根据球形高筋壁板的外形，确定球形高筋壁板平板展开料选用正多边形结构或圆板结构，如图1所示，相应的壁板蒙皮亦选用正多形结构或圆板结构，计算壁板凸缘部分蒙皮变形的实际压应力σ
θ
(h)和失稳临界压应力σ
cr
(h)
蒙皮
表达式，应力值均随着下压量变化，令σ
cr
(h)
蒙皮
＝σ
θ
(h)，获得壁板蒙皮临界下压高度h，将h代回σ
cr
(h)
蒙皮
，即可获得壁板蒙皮失稳临界压应力σ
cr
(h)
蒙皮
。
[0024]壁板蒙皮失稳临界压应力σ
cr
(h)
蒙皮
的表达式为：
[0025][0026]其中，D为塑性模量，γ为蒙皮厚度t与模具圆周半径r
d
之比，即γ＝t/r
d
，β为壁板边缘实时径向尺寸R
t
与模具圆周半径r
d
之比，即β＝R
t
/r
d
，k为弯曲刚度系数，取1.5。在模压
过程中，下压量为h时，壁板径向轮廓如图2所示，划分为贴模区、悬空区和凸缘区，模具模面半径为r
p
，贴模区半径为r
b
，悬空区挠度函数计为ω。边缘径向尺寸R
t
随下压量h变化，可根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球形高筋壁板模压失稳临界下压高度测定方法，其特征在于，包括如下步骤：S100，根据球形高筋壁板的外形，确定球形高筋壁板平板展开料选用圆板结构或者正多边形结构，相应的壁板蒙皮平板展开料选用圆板结构或者正多边形结构，采用高筋壁板凸缘部分蒙皮变形的实际压应力σ
θ
(h)和失稳临界压应力σ
cr
(h)
蒙皮
的表达式，令σ
cr
(h)
蒙皮
＝σ
θ
(h)，获得壁板蒙皮临界下压高度h，将h代回σ
cr
(h)，获得壁板蒙皮失稳临界压应力σ
cr
(h)
蒙皮
；S200，采用球形高筋壁板凸缘部分局部筋条失稳临界载荷P
cr
和产生临界应变所需的外力P的表达式，令P
cr
＝P，获得局部筋条失稳临界应变值ε
cr
，将失稳临界应变值ε
cr
代回局部筋条失稳临界载荷P
cr
解析式，获得局部筋条失稳临界载荷P
cr
，再结合筋条截面积，得出局部筋条失稳临界压应力σ
cr
(h)
筋条
；S300，将高筋壁板实际压应力与壁板凸缘处局部蒙皮失稳临界压应力σ
cr
(h)
蒙皮
和局部筋条失稳临界压应力σ
cr
(h)
筋条
进行比较，确定高筋壁板失稳临界压应力，进而测得失稳临界下压高度。2.根据权利要求1所述的球形高筋壁板蒙皮模压失稳临界下压高度测定方法，其特征在于，步骤S100中，所述壁板蒙皮失稳临界应力σ
cr
(h)
蒙皮
的表达式为：其中，D为塑性模量，γ为蒙皮厚度t与模具圆周半径r
d
之比，即γ＝t/r
d
；k为弯曲刚度系数，取1.5；β为高筋壁板边缘实时径向尺寸R
t
与模具圆周半径r
d
之比，即β＝R
t
/r
d
，壁板边缘实时径向尺寸R
t
随下压高度h变化，可以根据高筋壁板板料变形的体积不变原理推导得到。3.根据权利要求2所述的球形高筋壁板模压失稳临界下压高度测定方法，其特征在于，步骤S100中，球形高筋壁板平板展开料选用正多边形结构时，高筋壁板凸缘部分实际压应力的表达式为：其中，ξ为一与罗德参数有关的常数，此处取为1.1，σ
i
为等效应力，m为剪应力系数，用来量化形状不规则对剪应力的影响，y为凸缘区域径向坐标，变化区间为[b
i
,b
o
]，b

【专利技术属性】
技术研发人员：王冬，李彩玲，赵长喜，李卫东，陈少君，崔超，沈晓宇，贺启元，刘月东，任栋梁，陶强，李晶，李争，李扬洲，
申请(专利权)人：北京卫星制造厂有限公司，
类型：发明
国别省市：