一种快速预测筋板件等温局部加载材料跨变形区转移方法技术

本发明专利技术公开了一种快速预测筋板件等温局部加载材料跨变形区转移方法，首先，采用筋上分区方式，提取局部加载过渡区几何结构，基于三维造型软件对过渡区几何结构的终锻模具建模；设计等厚坯料，创建局部加载过渡区的有限元模型，分析材料跨变形区转移特征；根据跨变形区材料流动与腹板处模拟分流层位置，将加载区划分为三个区域；对三个区域的基元体进行受力分析，获得有限元分流层位置及材料跨区转移体积的预测模型；将有限元结果与预测模型结果进行对比，验证预测模型的有效性，本发明专利技术能够在短时间高效预测跨变形区分流层位置，并获取材料在单位时间内流向未加载区的体积，为避免折叠缺陷，调控不均匀变形提供理论指导。调控不均匀变形提供理论指导。调控不均匀变形提供理论指导。

【技术实现步骤摘要】
一种快速预测筋板件等温局部加载材料跨变形区转移方法


[0001]本专利技术涉及航空航天制造领域的大型筋板类构件
，尤其涉及一种快速预测筋板件等温局部加载材料跨变形区转移方法。

技术介绍

[0002]随着航空航天等高科技产业不断发展，带有纵、横多筋结构形式的大型、整体、轻质、薄壁的复杂构件需求大幅增加，以满足其高可靠性及结构、功能高效化的特征。此类构件由于其几何结构特点，采用传统整体锻造工艺对设备极限吨位的要求严苛，成形能力受到限制。仅通过提高设备吨位的方式解决成形吨位与成形能力的不足来获得大型复杂锻件，难以满足当今对于成形载荷持续升级的要求。
[0003]等温局部加载兼备了等温锻造和局部加载两种成形工艺的优点，在显著降低材料变形抗力、改善材料塑性的同时，能有效降低大型多筋构件的成形载荷，为该类构件成形成性一体化制造提供有效途径，可实现“小设备干大活”的目标，对实现航空大型筋板构件的高性能低成本制造具有重要意义。然而，在多筋构件等温局部加载过程中，存在固有的材料跨变形区转移现象，易引发折叠、剧烈不均匀变形等缺陷，限制了等温局部加载成形工艺的应用。鉴于此，本专利技术专利提出了一种能快速预测材料转移体积的方法，分析了多筋特征构件等温局部加载过程中的材料跨区流动以及应力状态，获得了分流层位置及材料转移体积的预测模型，为快速预测材料跨变形区转移，以此避免折叠缺陷，改善不均匀变形提供指导。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种快速预测筋板件等温局部加载材料跨变形区转移方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种快速预测筋板件等温局部加载材料跨变形区转移方法，包括以下步骤：
[0006](1)针对筋板件，采用筋上分区方式，提取带有筋条和腹板(两筋之间的区域)的局部加载过渡区几何结构，基于三维造型软件对过渡区几何结构的终锻模具建模，以此识别出为第一加载步的先加载区与第二加载步的后加载区的几何位置；
[0007](2)设计形状简易的等厚坯料，创建局部加载过渡区第一加载步及第二加载步的有限元模型，基于两个加载步的模拟结果，分析材料在先加载区、后加载区的来回流动，该流动即为材料跨变形区的转移特征；
[0008](3)根据模拟结果中观测到的材料跨变形区流动特征以及腹板处出现的模拟分流层位置，将先加载区划分为三个区域：a)分流层与分区筋之间区域为Ⅰ、b)分流层与另一侧相邻筋之间区域为Ⅱ、c)另一侧筋槽区域为Ⅲ；
[0009](4)对步骤(3)所划分三个区域的基元体进行受力分析，通过应力平衡方程、屈雷斯加屈服方程与边界条件综合求解，获得有限元分流层位置及材料跨区转移体积的快速预
测模型；
[0010](5)将有限元结果与预测模型结果进行对比，验证预测模型的有效性。
[0011]优选的，所述筋板件存在一个对称面，所述筋板件关于所述对称面上下对称，所述筋板件的材料流动特征沿着对称面上下一致。
[0012]优选的，所述步骤(1)中的终锻模具包括上模和下模组件，所述上模和下模组件形成放置坯料的模腔。
[0013]优选的，所述下模组件包括第一下模和第二下模，所述第一下模下方设置有垫块。
[0014]本专利技术有益效果：
[0015]本专利技术以预测多筋构件等温局部加载过程中材料转移体积为目标，获得了分流层位置及材料转移体积的预测模型，能够在短时间高效预测分流层的位置，并获取材料单位时间内流向未加载区的体积，为避免折叠缺陷提供理论指导，为协调不均匀变形、提高成形极限和精度提供了新思路，解决航空用高性能轻量化大型构件的省力近净成形中材料流动控制的部分缺点，从而丰富航空航天领域用的大型复杂多筋薄腹类承力构件等温局部加载工艺方法。
附图说明
[0016]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0017]图1是本专利技术局部加载过渡区的几何结构示意图；
[0018]图2是本专利技术实例局部加载过渡区的终锻模具几何造型示意图；
[0019]图3是本专利技术局部加载过渡区几何结构的折叠缺陷模拟预测与实验验证结果示意图；
[0020]图4是本专利技术加载区内不同区域基元体受力分析示意图；
[0021]图5是本专利技术快速预测筋板件等温局部加载材料跨变形区转移方法流程图；
[0022]图6是本专利技术对各基元体建立数学表达式示意图；
[0023]图7是本专利技术联立方程组综合求解示意图。
[0024]附图标注：
[0025]1‑
左腹板 2
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分模线 3
‑
右腹板 4
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对称面 5
‑
左侧筋 6
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中间筋 7
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右筋 8
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等厚坯料 9
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垫块 10
‑
第一下模 11
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第二下模 12
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上模 13
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变形的坯料 14
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折叠缺陷。
具体实施方式
[0026]本部分将详细描述本专利技术的具体实施例，本专利技术之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本专利技术的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本专利技术保护范围的限制。
[0027]在本专利技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0028]在本专利技术的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、
小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0029]本专利技术的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属
技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本专利技术中的具体含义。
[0030]参照图1
‑
图7，本专利技术的优选实施例，一种快速预测筋板件等温局部加载材料跨变形区转移方法，包括以下步骤：
[0031](1)针对筋板件，采用筋上分区方式，提取带有筋条和腹板(两筋之间的区域)的局部加载过渡区几何结构，基于三维造型软件对过渡区几何结构的终锻模具建模，以此识别出为第一加载步的先加载区与第二加载步的后加载区的几何位置；
[0032](2)设计形状简易的等厚坯料，创建局部加载过渡区第一加载步及第二加载步的有限元模型，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速预测筋板件等温局部加载材料跨变形区转移方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)针对筋板件，采用筋上分区方式，提取带有筋条和腹板(两筋之间的区域)的局部加载过渡区几何结构，基于三维造型软件对过渡区几何结构的终锻模具建模，以此识别出为第一加载步的先加载区与第二加载步的后加载区的几何位置；(2)设计形状简易的等厚坯料，创建局部加载过渡区第一加载步及第二加载步的有限元模型，基于两个加载步的模拟结果，分析材料在先加载区、后加载区的来回流动，该流动即为材料跨变形区的转移特征；(3)根据模拟结果中观测到的材料跨变形区流动特征以及腹板处出现的模拟分流层位置，将先加载区划分为三个区域：a)分流层与分区筋之间区域为Ⅰ、b)分流层与另一侧相邻筋之间区域为Ⅱ、c)另一侧筋槽区域为Ⅲ；(4)对步骤(3)所划分三个区域的基元体进行受力分析，通过应力平衡方程、屈雷斯加屈服方程与边界条件综合求解，获得有限元分流层位置及材料跨区转...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏科，丁潼，唐海兵，赵丽娟，徐俊楠，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：