飞机蒙皮成形回弹机理与控制及在工艺优化中的应用研究

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雅宝题库解析：
飞机铝合金薄壁件主要包括单、双曲度蒙皮零件，它们是构成飞机气动外形的关键零件，主要采用拉伸成形工艺制造。目前经验加有限元试错是拉形工艺设计的主要方法，如何在拉形工艺设计阶段得到最优化的模型是需要解决的一个关键题目。有限元分析因为其快捷、低成本的优势已经得到了人们的认可，但是模拟精度题目一直是限制其广泛应用的一个重要因素。因此本文结合有限元模拟技术以及遗传算法对提高有限元的模拟精度以及优化拉形工艺参数的方法进行了研究。本文描述了常用铝合金的本构关系模型，尤其详细介绍了各向同性-动态强化模型以及巴拉特YLD2000-2D屈服准则，并且推导了采用Chaboche强化模型的各向同性动态强化模型的理论公式，以及采用径向返回算法计算应力应变增量的迭代公式。通过单向拉伸试验、拉压复合试验以及杯凸试验研究了铝合金2A12-O的力学性能，得到并计算了应用巴拉特YLD2000-2D屈服准则和结合Chaboche强化模型的各向同性动态强化模型中所需要的材料模型系数，并且通过对有限元软件ABAQUS进行用户子程序编程实现了其在模拟软件中的应用。通过模拟与试验结果对比发现，对于铝合金材料，在有反向加载的复杂加载情况，线性随动强化模型模拟板料成形后的应力最小而低估了回弹量，各向同性强化模型模拟成形后应力最大而使预测回弹量偏大，结合Chaboche模型的各向同性动态强化模型对回弹的预测更加准确。所以材料成形过程中是否出现反向加载是判定是否需要使用结合Chaboche模型的各向同性动态强化模型的条件。针对单凸拉形模具成形工艺过程，研究了利用神经元网络预测成形后回弹量的关键技术，并利用神经元网络的预测结果研究了拉形参数对回弹的影响规律，结果表明随着材料硬化指数的提高，拉形件的回弹量减少；模具半径增加，拉形件回弹量增大；预拉伸量不宜过大，在1%左右时，有助于提高拉形件的贴模度。在深入了解了传统优化算法和现代优化算法的优缺点及适用性的基础上，针对现代优化算法遗传算法进行了深入的应用研究，为模具型面优化补偿奠定了基础。提出了基于现代优化技术和有限元分析的模具型面优化方法，研究了该方法实现的关键技术，并且将该模具补偿方法应用在了单凸蒙皮拉形以及S形蒙皮拉形工艺的模具型面补偿预测中，通过试验比较分析，均取得了较高的精度，可以满足实际应用的要求。基于MATLAB/GUI界面开发程序，对数据输入输出接口进行了研究，开发了基于有限元分析软件ABAQUS和MATLAB遗传算法工具箱的模具型面自动补偿系统，该系统可以自动关联ABAQUS和MATLAB，完成模具型面的寻优及补偿工作，并生成用以指导生产的数模模型。该系统基于对话框，界面友好，操作简便，易学易用，可满足企业在并行工程下模具优化设计的需要。该系统的成功开发，为型材结构零件的设计与拉弯成形工艺优化提供了基础。