带筋管充液压形实验研究

为探讨带筋管整体成形的可行性,通过实验方法初步探讨了带筋管整体成形的力学条件及关键影响因素。实验结果表明,在消除筋板内环的径向、轴向和环向自由度后,充液压形工艺可实现带筋管的整体成形;采用充液压形工艺可以成形出高径比为5,径厚比为42.5的带筋椭圆紫铜管件。单自由度影响实验表明,侧翻和起皱是带筋管充液压形的两类典型缺陷,消除轴向自由度,可抑制侧翻缺陷的发生,消除环向自由度同时保持环向拉应力状态,有助于消除起皱缺陷。     

薄壁Y型三通管内高压成形起皱与开裂分析

本文针对薄壁Y型三通管在内高压成形过程中产生起皱、开裂缺陷的问题进行了相关研究.首先通过实验确定了Y型三通管在成形过程中产生典型缺陷的位置及类型;其次利用有限元方法分析了补料比对应力状态分区和典型点应力轨迹的影响;最后建立了加载路径的"内压-轴向补料"成形窗口.研究表明:补料比对应力状态有显著影响,通过调整补料比来改变应力状态,是避免起皱的有效措施.此外,本研究给出了不同实验结果在成形窗口中的对应位置,当加载路径超出成形区时,三通管件就会产生起皱或破裂的缺陷,甚至两种缺陷会依次发生.     

带孔方板对角拉伸的起皱失稳特性测试与分析

传统方板对角拉伸试验(Yoshida buckling test,YBT)方法在测量板料起皱性能时,能够得到的应力状态有限,不能全面评估板料在复杂工况下抵抗失稳起皱的能力.本工作提出一种带内孔YBT试样单向拉伸的板料起皱性能测试方法,利用数值模拟与实验研究了带不同大小圆孔YBT试样拉伸过程的受力与变形特征,探讨了内孔对试样应力分布及起皱行为的影响.研究表明,内孔改变了YBT试样平面内的应力分布,且内孔轴向两端存在压应力,横向两侧存在拉应力;随着孔径增大,横、轴向应力比增大,最大压应力位置应力状态发生改变,由横向受压、轴向受拉转为双向受压;孔径较大时,内孔侧边区域会出现二次起皱现象.     

T形加筋板热压罐成型过程压力分布与树脂流动实验研究

针对飞行器复合材料常用加筋板结构,采用胶接共固化整体工艺成型T形加筋板。采用自行建立的压力测试方法测试了 T形加筋板在热压罐成型过程的压力分布,通过吸胶量、筋条厚度的检测,分析了树脂在筋条内的流动形式,研究了树脂流动的影响因素及影响规律。结果表明：筋条不同部位明显存在压力分布不均,在压力差作用下树脂发生明显的面内流动,易产生富脂、厚度不均等缺陷,导致筋条拐角较厚,约是突缘和腹板厚度的1.1~1.4倍,模具组合方案、曲率半径、填充料含量明显影响树脂面内流动和纤维密实程度。     

12Cr17Ni7不锈钢“鼓形”隔片充液成形工艺研究

目的 研究充液成形工艺参数对直升机旋翼球面径向弹性轴承球面“鼓形”隔片零件成形质量的影响规律。方法 针对“鼓形”隔片零件形状复杂、成形难度大、精度和生产效率要求高等问题,选用充液成形工艺,通过有限元仿真技术,分析初始液室压力、凸模位移、成形压力对零件起皱、破裂、厚度分布、成形精度等的影响规律。结果 数值模拟得到的优化工艺参数为初始液室压力3 MPa、凸模位移3 mm、成形压力30 MPa,验证试验成形出的“鼓形”隔片零件未发生破裂、起皱等缺陷,且零件成形精度良好、厚度分布较为均匀。结论 对于“鼓形”隔片零件充液成形,凸模位移过小易造成流料不充分,导致后续成形过程减薄严重、厚度分布不均匀,凸模位移过大易造成零件起皱。合理的初始液室压力可在一定程度上减少起皱缺陷发生。成形压力过小易造成成形精度差,过大则易导致破裂发生。     

PEMFC金属双极板冲压成形数值模拟与实验

目的 研究金属双极板冲压成形过程中各工艺参数和模具结构参数对成形质量的影响。方法 采用Dynaform有限元分析软件对SS304双通道蛇形流道双极板冲压成形过程进行模拟。研究模具圆角半径、模具锥度、压边力、拉延筋等因素对双极板成形质量的影响。结果 增加模具圆角半径和模具锥度可防止双极板破裂。适当增大压边力能有效消除起皱缺陷,设置拉延筋能有效改善坯料流动情况,必要时需设置多重拉延筋使零件成形完全。当模具圆角半径为0.25 mm,模具锥度为0°,拉伸深度为0.5 mm,压边力大小为60 kN,并采用双重拉延筋的情况下,所成形的金属双极板质量良好,无破裂、起皱、成形不足等缺陷。结论 模拟结果与实验结果一致,验证了模拟结果的正确性,可见采用冲压工艺成形金属双极板是可行的。     

镍基高温合金微型涡轮盘热塑性成形工艺

目的 研究GH4698微型涡轮盘热塑性成形工艺。方法 采用有限元软件Deform-3D对镍基高温合金微型涡轮盘模锻过程进行数值模拟分析,研究坯料不同高径比、不同模锻温度下涡轮盘成形的最大载荷值、等效应力、等效应变、速度场的变化规律。结果 微型涡轮盘模锻过程载荷最大值随模锻温度升高而降低,温度和高径比对涡轮盘的凸台、直榫等部位的等效应力、等效应变影响有明显的差异。在涡轮盘路径1上,随着温度的升高,等效应力逐渐降低,变形更加均匀;随着高径比的增加,变形不均匀程度增大,高径比为1时等效应力的极大值最小;温度和高径比对速度场的影响较小。结论 温度和高径比对GH4698微型涡轮盘锻造变形行为有显著的影响,选择合适的模锻工艺参数可以有效降低成形载荷,并获得使用性能较好的微型涡轮盘。     

飞机复杂曲面蒙皮零件充液拉深技术研究

目的研究充液拉深工艺参数对飞机复杂曲面蒙皮零件成形质量的影响规律。方法以飞机灯罩蒙皮零件为研究对象,结合材料力学特性分析了零件的工艺性。基于破裂和起皱失稳条件理论研究了零件的加载工艺窗口,利用有限元方法分析了零起皱和破裂等缺陷,通过优化工艺参数和拉延筋参数获得了合格的构件。结果基于仿真优化结果,进行了模具设计和工艺验证实验,分析了实际充液拉深过程中缺陷产生的原因,为落差较大蒙皮零件的精密制造提供参考。结论对于具有多特征的复杂零部件,过渡曲面易产生起皱缺陷,仅通过调整液室压力或毛料尺寸的方法无法在保证不发生拉裂和贴模问题的前提下消除起皱缺陷。通过设置拉延筋来增加材料流动阻力、控制材料流动,可以消除过渡区域的起皱缺陷。     

AZ41 镁合金管材充液压形规律探究

目的实现镁合金管材的室温成形。方法利用物理实验的方法研究AZ41镁合金薄壁管材充液压形过程中的成形规律,分析主要缺陷形式,并揭示圆角填充过程和壁厚分布规律。结果 AZ41镁合金管材充液压形易发生破裂和失稳缺陷。内压过低变形部位难以转移,导致弯曲破裂的发生;内压过高,管坯合模前膨胀,导致截面周长大于零件截面周长,进而发生起皱。结论最终在5.6 MPa的支撑内压下成功成形出了最小圆角5 mm的零件,最大减薄率小于5%。     

大尺寸2024-T351铝合金喷丸成形曲率变化规律研究

目的 以喷丸成形工艺下的2024-T351铝合金平板件和单筋件为研究对象,分析弦向及展向曲率半径试验值与拟合值的变形规律。方法 针对试件厚度、喷丸压力、喷丸速度、预弯量4个参数进行喷丸成形操作的正交试验,通过测量成形后曲率的变化规律,分析不同参数组合对平板件和单筋件成形变化规律的影响。结果 在不考虑材料性能波动的情况下,随着平板件厚度和喷丸速度的增大,平板试件的弦向曲率半径和展向曲率半径均呈递增趋势;而随着喷丸压力的增大,平板试件的弦向曲率半径和展向曲率半径则呈现递减趋势,即当平板件厚度和喷丸速度增大时,喷丸成形对平板试件弯曲的影响程度有所增大,曲率半径减小;反之,喷丸成形对平板试验件弯曲的影响程度减小,曲率半径增大。结论 在忽略初始状态并将其假设为自由状态或给定预弯量状态的条件下,随着喷丸速度的增大,单筋试件的曲率半径递增,试验值与拟合值的变化趋势基本相符,二者最大偏差为11.2%。     

复合材料帽型加筋板轴压试验及承载能力预测

随着复合材料的广泛使用,复合材料帽型加筋板在飞机结构上的使用也越来越多。为研究复合材料帽型加筋板承受轴向压缩的能力,首先对不同蒙皮半径、蒙皮厚度及长桁间距的复合材料帽型加筋板进行了轴压试验,得到了局部屈曲载荷、破坏载荷与加筋板曲率系数、长桁间距的关系,然后,通过引入曲率修正系数,修正了现有加筋板屈曲载荷的工程估算公式;最后,利用分段处理法结合有效宽度概念改进了加筋板轴压极限承载的工程算法。结果表明:帽型复合材料加筋板局部屈曲载荷及最终破坏载荷与曲率系数正相关;改进的方法能对复合材料加筋板的极限承载进行准确预测。所得结果表明该方法为复合材料加筋板结构设计及载荷估算提供了一种新方法,具有一定的工程应用价值。      

基于全量流动理论的管材弯曲过程失稳分析研究

目的 基于全量流动理论,研究管材弯曲成形过程中的外侧破裂和内侧起皱,分析其产生的原因及控制方法.方法 采用理论解析方法,建立了管材弯曲变形应力、应变计算公式,推导管材外侧破裂和内侧起皱发生的判据,并试验验证了预测公式的可靠性.结果 基于推导的应力、应变计算公式,依据临界许用变形程度,建立了管材外侧破裂判据;采用能量准则,提出了管材弯曲过程起皱发生公式,确定了起皱失稳计算公式的各个边界参数.结论 试验与理论结果表明,构建的最小壁厚下许用R/r(弯曲半径与管材平均半径的比值)计算公式、基于起皱失稳计算的许用R/r(弯曲半径与管材平均半径的比值)计算公式均有较高精度,可用于指导弯管工艺参数设计与优化.     

5000m^3立式拱顶储罐应力分析与弱顶性能评价

根据国内外相关设计标准与规范,石油天然气等易燃易爆气体的储罐必须设计成弱顶结构,以最大限度地降低因内部超压而发生事故的危害程度。为了得到合适的弱顶结构设计方法,以常见的5 000 m^3立式拱顶储罐为对象展开分析。首先,根据GB 50341-2014《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》,对储罐结构参数进行设计并对其弱顶性能进行初步评价;然后,利用有限元分析方法对储罐结构进行分析,获得储罐在空罐、半罐、满罐工况下的提离高度、提离半径、最大等效应力和薄膜应力等关键参数,并在此基础上对储罐强度、稳定性、破坏形式和弱顶性能进行综合评价;最后,分析了顶壁连接焊角高度、罐顶曲率半径、边缘板厚度和罐体高径比等关键参数对储罐弱顶性能的影响。结果表明:基于GB 50341-2014设计的5 000 m^3立式拱顶储罐并不具备弱顶性能,顶壁连接焊角高度减小到3.75 mm,或罐顶曲率半径增大到3.0D(D为储罐直径),或边缘板厚度增大到15 mm,或罐体高径比增大到2.0都能使该储罐满足弱顶结构的设计要求。研究结果可为储罐弱顶结构的改进提供参考。     

薄壁管材等曲率矫直临界曲率半径力学建模

薄壁管材等曲率矫直临界曲率半径作为重要的工艺参数,直接决定了设备结构和产品质量。而目前现场仍沿用经验图表结合人工经验和反复试矫对其进行估定,亟待建立针对性的力学模型以指导生产,为此从旋转壳体大挠度几何方程出发,基于J₂形变理论和能量理论,运用里茨法建立了薄壁管材等曲率矫直塑性失稳时的临界弯矩,以此确定了临界曲率半径模型,并给出了数值解法。应用ANSYS/LS-DYNA进行了有限元动态仿真试验,结果表明模型是近似正确的,通过仿真对比分析证明了轴向起皱先于截面畸变是薄壁管材等曲率矫直塑性失稳的主要模态。     

复合材料加筋壁板结构选型设计

为确定某型飞机平尾壁板结构截面尺寸参数,验证计算分析方法是否合理、有效,通过有限元屈曲分析与试验相结合的手段,对复合材料加筋壁板轴压稳定性进行研究。研究了复合材料加筋壁板在相同支持条件下,提高加筋壁板筋条截面积占总截面积的比例对复合材料加筋壁板初始屈曲和承载能力的影响。试验结果表明:试验结果与计算结果较为接近,说明计算中采用的分析方法和分析模型准确有效;在筋条截面积比例提高3.0%的情况下,屈曲载荷提高10.0%左右。所得结论可指导复合材料加筋壁板设计在型号研制中的应用,为初步确定平尾壁板结构截面形式和尺寸提供参考。      

充气薄膜管的弯皱行为分析

基于Stein-Hedgepeth褶皱理论,并通过引入"收缩系数"表征了膜结构褶皱形变特性,联合褶皱时的应力平衡条件完成了充气膜结构褶皱分析。将方法拓展应用于充气薄膜管情况,分析了充气管结构的弯皱变形特性,得到了临界皱曲弯矩和失效弯矩,并分析了弯矩随管半径和气压的变化规律。通过弯皱试验与分析结果进行比较,验证了分析结果的准确性。     

Modelling slit tape buckling during automated prepreg manufacturing: A local approach

This paper investigates the local buckling of slit tape in the Automated Fibre Placement process for a circular fibre path using an analytical approach that accounts for prepreg tack and stress distribution. Curing effects are not considered in this study. The main objective is to define the critical buckling load and therefore the minimal steering radius for which no tow wrinkling occurs. Simulations are performed for the buckling of the first ply, using a tack parameter governing the interaction between tool and material. A sensitivity analysis of the most relevant parameters of the model is performed. Numerical results show that lower values of the steering radius are obtained for lower tow width values and higher prepreg tack values. Experimental investigations show that the estimation of wrinkling occurrence in steered fibres could be improved by taking into account certain additional parameters, such as lay-down rate, temperature and the dynamic behaviour of the resin.     

脱胶缺陷尺寸对复合材料加筋板屈曲及后屈曲特性的影响

为确定脱胶缺陷对复合材料加筋板屈曲及后屈曲特性的影响,对含不同脱胶缺陷工型筋条的复合材料加筋板进行了压缩试验研究。结果表明,30 mm和50 mm的缺陷对试验件承载能力影响很小,当缺陷尺寸增至80 mm时,试验件后屈曲承载能力明显下降。借助超声检测技术对缺陷的扩展行为进行了监测,结果表明,当压缩载荷达到破坏载荷的85.3%时,预制缺陷的对角位置处出现扩展迹象。通过影像云纹法获得两半波和三半波失稳模态的形成过程。对失稳模态的监测结果还表明,随缺陷长度增加,该型加筋板的失稳模态从三半波向两半波转换。在试验基础上,利用ABAQUS软件建立有限元（FE）模型,依次进行了屈曲及后屈曲过程的数值模拟。屈曲分析用于获得试验件的失稳载荷及模态,在后屈曲分析中将失稳波形以几何扰动的形式引入FE模型,最终计算结果与试验结果基本吻合,表明该模型可以用于复合材料加筋板屈曲及后屈曲性能的预测。