【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于带筋壁板的制造，具体涉及一种带筋圆筒件的扩张方法及其应用。
技术介绍
1、航空运载装备关键承载构件，如带筋壁板向着大型整体化和复杂高筋薄壁化发展，其制造水平对航空装备的性能、制造成本以及制造周期具有非常重要的影响。机身壁板是大型飞机关键承载结构，承受着机身弯曲、剪切以及扭转载荷等工况，占机身结构35%-45%，通过合理的结构优化设计，采用轻质材料与先进制造技术，能够大幅减轻机体结构重量，提升飞行器的综合性能。由于大型飞机机身壁板对承载性能要求极高，常采用轻质高强铝合金制造。
2、现有大型飞机的机身壁板主要存在三种制造工艺，第一种、采用蒙皮长桁组装结构，分别成形蒙皮与长桁，随后采用铆接将蒙皮与长桁连接起来。这类组装结构导致壁板的重量大，制造周期长且铆接质量难以保证；第二种、蒙皮与长桁采用激光焊接进行连接，这类连接方式虽然实现结构的减重，但是容易造成应力集中和变形复杂等问题，且蒙皮与长桁界面处的焊缝质量难以保证。第三种、采用挤压工艺先挤压出带筋的圆筒件，后续将带筋圆筒件展平成带筋平板件。由于挤压成型的筋条高度有限，可结合搅拌增材工艺在原始挤压工艺成型的筋高基础上进一步增加筋条高度。挤压成型能保证组织流线完整，是制造整体带筋壁板理想的成型工艺。
3、经检索，cn109570258a和cn113909329b已经详细介绍通过挤压工艺结合展平工序成型宽幅带筋壁板方法，cn114042779a提出直接从切缝处进行扩张，但上述相关专利均未考虑扩张量和扩张方式对力学性能的影响，从而会导致成型的带筋平板件力能
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于通过有限元仿真实验和扩张实验相结合确定最优扩张方案，使扩张得到的带筋圆筒件具有较大扩张量的同时还具有较好的力学性能，便于后续通过模具或轧辊将扩张后的带筋圆筒件展平为带筋平板件。
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种带筋圆筒件的扩张方法，所述带筋圆筒件包括围成圆筒结构的蒙皮、及均匀分布于圆筒结构的内壁的偶数个筋条，所述方法包括以下步骤：
3、步骤（1）、提供带筋圆筒件，并使用线切割沿所述圆筒结构的中心轴线方向剖切所述蒙皮形成一条切缝，得到具有一条切缝的待扩张带筋圆筒件，所述切缝位于任意两个相邻筋条的中间；
4、步骤（2）、构建所述待扩张带筋圆筒件的有限元模型，基于相同的位移量并利用多种扩张方式分别对所述有限元模型进行模拟拉伸以扩张所述切缝，得到多个扩张后有限元模型的仿真云图，多种所述扩张方式对应不同的部位施加位移进行拉伸，多个所述仿真云图和多种所述扩张方式一一对应；
5、步骤（3）、基于每个所述仿真云图确定的最大应力集中区域分布数据，在多种所述扩张方式中确定最安全的扩张方式为目标扩张方式，其中，所述最安全的扩张方式为扩张过程中带筋圆筒件断裂风险最低的方式；
6、步骤（4）、按照目标扩张方式对所述待扩张带筋圆筒件施加多个不同的位移量以扩张所述切缝，得到多个扩张后的带筋圆筒件，并基于扩张后的带筋圆筒件的扩张量和力学性能，确定最佳位移量；
7、步骤（5）、将所述目标扩张方式和所述最佳位移量的组合作为最优扩张方案。
8、在一种具体的实施方式中，所述步骤（4）包括：
9、根据预先确定的多个不同的位移量，按照目标扩张方式对所述待扩张带筋圆筒件进行多次扩张实验，得到多个扩张后的带筋圆筒件；
10、获取多个取样区域，并对每个扩张后的带筋圆筒件的所述多个取样区域的拉伸样的抗拉强度和屈服强度分别进行测试，得到多个实验结果，每个实验结果包括每个扩张后的带筋圆筒件的所有取样区域的拉伸样的抗拉强度和屈服强度；
11、基于多个所述实验结果，获取至少一个目标位移量，所述目标位移量对应的实验结果中所有取样区域中每两个取样区域的拉伸样的抗拉强度的差值和屈服强度的差值均在预设范围内；
12、获取与每个目标位移量对应的扩张后的带筋圆筒件的扩张量，并将对应最大扩张量的目标位移量作为最佳位移量。
13、在一种具体的实施方式中，多个所述取样区域包括扩张后的带筋圆筒件的最大变形区域、以及基于所述目标扩张方式对应的最大应力集中区域分布数据确定的最大应力集中区域。
14、在一种具体的实施方式中，所述蒙皮包括多个间隔设置的第一蒙皮、及分别设置于两个相邻的第一蒙皮之间的多个第二蒙皮，多个所述第一蒙皮和多个所述第二蒙皮交错连接围成所述圆筒结构，每个所述第一蒙皮的内壁连接一个所述筋条，所述切缝开设于所述第二蒙皮。
15、在一种具体的实施方式中，所述待扩张带筋圆筒件包括第一端面和位于所述第一端面上侧的第二端面，所述第一端面与所述第二端面间隔设置形成切缝，所述多种扩张方式施加位移的部位包括第二端面，且在所述第二端面施加位移时，所述第一端面固定。
16、在一种具体的实施方式中，所述多种扩张方式施加位移的部位还包括位于所述切缝朝向所述第二端面一侧的至少一个第二蒙皮，且在施加位移时，与施加位移的第二蒙皮正对设置的另一个第二蒙皮固定。
17、在一种具体的实施方式中，施加所述最佳位移量采用两步扩张法，二步扩张法的第一步扩张的位移量和第二步扩张的位移量之和为最佳位移量，二步扩张法的第一步扩张在圆筒件的第一端施加位移且二步扩张法的第二步扩张在圆筒件的第二端施加位移。
18、在一种具体的实施方式中，二步扩张法中的第一步扩张的位移量小于二步扩张法中的第二步扩张的位移量。
19、在一种具体的实施方式中，施加所述最佳位移量采用两步扩张法的确定步骤包括：
20、步骤（a）、采用一步扩张法施加所述最佳位移量，得到一步扩张的圆筒件，其中，所述一步扩张法为按照目标扩张方式一次施加所述最佳位移量，并保持第一预设时间后卸掉；
21、步骤（b）、采用二步扩张法施加所述最佳位移量，得到二步扩张的圆筒件，其中，所述第二步扩张法包括先施加第一位移量，并保持第二预设时间后卸掉，然后将施加第一位移量后的圆筒件旋转180度，再施加第二位移量，并保持所述第二预设时间卸掉，所述第一位移量和所述第二位移量之和为所述最佳位移量；
22、步骤（c）、将所述一步扩张的圆筒件和所述二步扩张的圆筒件的扩张质量和力学性能数据进行比较，得到比较结果，其中，所述扩张质量包括扩张后的圆筒件中间位置的扩张量和沿扩张后的圆筒件的长度线方向所述扩张量的均匀度，所述力学性能数据包括第一取样区域和第二取样区域对应的拉伸样的抗拉强度和屈服强度；
23、步骤（d）、基于所述比较结果确定施加所述最佳位移量采用二步扩张法。
24、本专利技术还提供上文所述的带筋圆筒件的扩张方法在成型带筋平板件中的应用。
25、本专利技术的有益效果至少包括：
26、本专利技术提供的带筋圆筒件的扩张方法，该方法包括：使用线切割沿所述圆筒结构的中心轴线方向剖切蒙皮形成一条切缝，得到具有一条切缝的待扩张带筋圆筒件；构本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种带筋圆筒件的扩张方法，所述带筋圆筒件包括围成圆筒结构的蒙皮、及均匀分布于圆筒结构的内壁的偶数个筋条，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的带筋圆筒件的扩张方法，其特征在于，所述步骤（4）包括：
3.根据权利要求2所述的带筋圆筒件的扩张方法，其特征在于，多个所述取样区域包括扩张后的带筋圆筒件的最大变形区域、以及基于所述目标扩张方式对应的最大应力集中区域分布数据确定的最大应力集中区域。
4.根据权利要求1至3任一项所述的带筋圆筒件的扩张方法，其特征在于，所述蒙皮包括多个间隔设置的第一蒙皮、及分别设置于两个相邻的第一蒙皮之间的多个第二蒙皮，多个所述第一蒙皮和多个所述第二蒙皮交错连接围成所述圆筒结构，每个所述第一蒙皮的内壁连接一个所述筋条，所述切缝开设于所述第二蒙皮。
5.根据权利要求4所述的带筋圆筒件的扩张方法，其特征在于，所述待扩张带筋圆筒件包括第一端面和位于所述第一端面上侧的第二端面，所述第一端面与所述第二端面间隔设置形成切缝，所述多种扩张方式施加位移的部位包括第二端面，且在所述第二端面施加位移时，所述第
6.根据权利要求5所述的带筋圆筒件的扩张方法，其特征在于，所述多种扩张方式施加位移的部位还包括位于所述切缝朝向所述第二端面一侧的至少一个第二蒙皮，且在施加位移时，与施加位移的第二蒙皮正对设置的另一个第二蒙皮固定。
7.根据权利要求1所述的带筋圆筒件的扩张方法，其特征在于，施加所述最佳位移量采用两步扩张法，二步扩张法的第一步扩张的位移量和第二步扩张的位移量之和为最佳位移量，二步扩张法的第一步扩张在圆筒件的第一端施加位移且二步扩张法的第二步扩张在圆筒件的第二端施加位移。
8.根据权利要求7所述的带筋圆筒件的扩张方法，其特征在于，二步扩张法中的第一步扩张的位移量小于二步扩张法中的第二步扩张的位移量。
9.根据权利要求8所述的带筋圆筒件的扩张方法，其特征在于，施加所述最佳位移量采用两步扩张法的确定步骤包括：
10.权利要求1至9任一项所述的带筋圆筒件的扩张方法在成型带筋平板件中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种带筋圆筒件的扩张方法，所述带筋圆筒件包括围成圆筒结构的蒙皮、及均匀分布于圆筒结构的内壁的偶数个筋条，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的带筋圆筒件的扩张方法，其特征在于，所述步骤（4）包括：
3.根据权利要求2所述的带筋圆筒件的扩张方法，其特征在于，多个所述取样区域包括扩张后的带筋圆筒件的最大变形区域、以及基于所述目标扩张方式对应的最大应力集中区域分布数据确定的最大应力集中区域。
4.根据权利要求1至3任一项所述的带筋圆筒件的扩张方法，其特征在于，所述蒙皮包括多个间隔设置的第一蒙皮、及分别设置于两个相邻的第一蒙皮之间的多个第二蒙皮，多个所述第一蒙皮和多个所述第二蒙皮交错连接围成所述圆筒结构，每个所述第一蒙皮的内壁连接一个所述筋条，所述切缝开设于所述第二蒙皮。
5.根据权利要求4所述的带筋圆筒件的扩张方法，其特征在于，所述待扩张带筋圆筒件包括第一端面和位于所述第一端面上侧的第二端面，所述第一端面与所述第二端面间隔设置形成切缝，所述多种扩张...
【专利技术属性】
技术研发人员：湛利华，冯景鹏，丁晟，夏云霓，杨有良，惠生猛，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。