飞机钣金精准成形快速工艺优化方法及应用技术研究

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雅宝题库解析：
飞机钣金工艺是飞机零件制造的主要手段，是使飞机能同时获得高结构效率和优良性能的基础制造技术之一。目前，采用数值模拟方法进行钣金成形工艺仿真可以有效地提高零件成形质量、缩短生产周期和降低生产成本。然而，单纯地以数值模拟为手段的成形工艺仿真具有一定的盲目性，很难获得最优成形效果，难以满足以精准制造和快速响应为特征的现代飞机钣金制造要求。因此，本文将Kriging近似模型方法引入到飞机钣金成形的几何参数、材料参数和工艺参数优化中，综合运用试验设计（DOE）、数值模拟、近似模型和优化技术等方法，以液压橡皮囊成形（简称橡皮成形）和蒙皮拉伸成形（简称拉形）工艺为对象，系统地探索研究飞机钣金精准成形快速工艺优化方法和应用技术。基于飞机钣金零件精准成形的质量要求，探讨了飞机钣金精准成形的优化数学模型。分析并量化了回弹等优化目标，讨论了将成形极限图等作为优化的约束条件，阐述了设计变量的选取原则，确定了飞机钣金成形工艺的优化策略和求解算法。为了提高基于数值模拟的钣金成形优化效率，研究了基于Kriging近似模型的快速工艺优化方法。应用Cross validation（简称CV）评估方法分析讨论了Kriging模型的近似能力，确定了模型构建的抽样原则；通过算例，研究了基于EI（Expected Improvement，期望提高）目标导向的快速寻优模式。在上述研究的基础上，针对飞机钣金成形工艺仿真的特点，提出了飞机钣金精准成形快速分析的优化策略。为了实现橡皮成形框肋类零件无切边余量的净边成形，应用Kriging模型，研究了橡皮成形板料初始形状设计题目。根据橡皮成形板料变形的特点，采用几何展开与有限元法相结合的方法设计板料初始形状，通过定义边界线控制点向量和引入形状差向量，表征板料形状设计和目标型面间的误差。基于DOE和Kriging模型，通过少量抽样直接近似得到优化的板料形状。对具有代表性的弯边零件进行了分析与试验，验证了该方法的可行性。为了准确描述航空铝合金板料变形过程中的力学特性，研究了通过参数反求确定铝合金板料本构模型参数的方法。设计了体现飞机钣金弯曲变形特点的凸模胀形试验，采用Hill’48作为描述铝合金板2A06的各向异性行为。通过大量抽样，在高精度的Kriging模型上基于EI目标导向的优化，一次优化加点即搜索到最优参数。与传统方法的对比试验表明，参数反求的各向异性参数能够更好地描述板料弯曲与非均匀大变形的力学行为。针对蒙皮数控拉形工艺仿真加载设计题目，提出了基于全模型的有限元建模方法。建立了考虑机构运动的CAE多体运动与力学耦合模型，实现了高保真度的工艺仿真；同时，采用组合控制模式的工艺仿真加载设计方法，解决了蒙皮拉形加载设计题目及与设备的无缝链接。试验表明，该加载设计方法简单可行。针对蒙皮拉形的精准成形题目，分析了蒙皮拉形工艺过程的应力应变演化历程，建立了以应力差为目标函数的蒙皮拉形优化模型。进行了双曲度蒙皮的拉形优化研究，通过初始抽样分析，减缩了设计空间、降低了题目复杂度；采用少量的定向补充抽样，建立了高精度的Kriging模型，进而两次EI迭代计算即获最优解。分析与试验表明，以应力差作为优化目标是简单有效的。以复杂形状蒙皮中较有代表性的S形蒙皮为研究对象，应用全模型仿真技术，探索了拉伸压延复合成形工艺参数的优化。定义了S形蒙皮拉伸压延成形的多目标优化模型，采用加权的方式处理多目标优化题目，简化了优化实施的复杂度。通过少量抽样，在并不精确的Kriging模型上进行了四次EI迭代计算即得到了优化解。显示出快速工艺优化方法具有高效、高可靠性的特点，也提供了对题目的近似和认知。