蒙皮数控拉形位移加载设计方法研究

针对蒙皮拉形工艺设计、数值模拟与数控拉形设备高效结合的问题,提出板料变形与数控拉形设备机构运动相耦合的位移加载设计方法。基于数控拉形设备VTL1000建立蒙皮数控拉形数值分析模型;采用几何解析方法推导板料变形与机构运动位移加载的关系,将关系解作为数值模拟的边界条件。用研究实例证明该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。     

飞机蒙皮拉形加载轨迹研究

蒙皮拉形工艺的先进程度是衡量一个国家飞机制造能力和水平的重要标志之一,然而加载轨迹决定着飞机蒙皮拉形成形质量的优劣。基于ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件对某单凸双曲率蒙皮拉形进行拉形仿真,对模具的最大截面采用应变控制的方法,结合实际生产过程中拉形机的运动状态,对飞机蒙皮拉形数值模拟中夹钳区域的加载轨迹进行了初步研究。此外,考虑到蒙皮拉形常见的缺陷及影响因素,分析了最优化理论结合仿真模拟优化工艺参数的重要性。对蒙皮拉形过程模拟仿真,实现虚拟试拉,以便对其加载轨迹进行优化设计,避免盲目的试拉工作,节约材料,降低研发成本,缩短研发周期,提高飞机蒙皮拉形质量和生产效率。     

蒙皮拉形机快速换模系统力学安全性分析

拉伸成形是飞机钣金的基本成形方法。由于飞机蒙皮种类繁琐、生产批量小,在拉形的过程中需要频繁的更换模具,而现有国内蒙皮拉形机换模仍为传统换模方式,换模时间长,换模过程繁琐。针对这一情况,研发出了一套蒙皮拉形机快速换模系统,能从根本上提高蒙皮拉形机的换模效率,进而提高蒙皮拉形机的生产效率。采用有限元方法,对所提出的蒙皮拉形机快速换模系统进行力学安全性分析,研究了该系统内部重要零部件在极限工况下的应力分布,对整个换模系统的完善与再优化具有重要的意义。分析结果显示:该蒙皮拉形机快速换系统是结构安全的。     

基于回弹的飞机蒙皮拉形模型面修模技术研究

回弹是飞机蒙皮成形中不可避免的现象,影响着零件的形状精度。通过模具型面补偿方法可以降低由回弹引起的形状误差。分析基于回弹补偿的飞机蒙皮拉形模具的修模过程,确定贴模度的计算和模具修模量的计算是修模过程中的关键技术。提出虚拟拉形中的贴模度定义以及计算贴模度的直接投影法和最近单元法,并分析这两种方法的特点,得出最近单元法优于直接投影法。同时,提出基于回弹补偿的虚拟修模计算公式,针对公式中贴模度映射到模具节点修模矢量的方法,提出一次投影法和二次投影法,并针对三类典型的蒙皮零件进行计算验证。结果表明,两种投影方法都是有效的,对最大贴模度的影响不大,但就多次修模的稳定性而言,二次投影法好于一次投影法。     

数字化环境下的拉形模制造

拉形模是成形飞机蒙皮的重要工艺装备。本文通过对拉形模传统制造工艺方法与现代制造工艺方法的比较,探讨了数字化环境下拉形模的设计和制造工艺以及新材料的应用情况。     

飞机蒙皮拉形机数字化控制的研究

对蒙皮拉形机的拉形工艺、设备进行了分析，介绍了示教/再现技术，并以国产MIL-2蒙皮拉形机为对象，采用可编程序控制器和示教/再现技术对传统蒙皮拉形机实现了数字化控制。     

数控蒙皮拉形试验机系统开发与应用研究

拉形是飞机蒙皮成形的主要方式之一，为研究蒙皮零件在拉形过程中的变形行为，自行研制开发了1000KN数控蒙皮拉形试验机系统。系统采用电液伺服技术，实现了夹钳的水平转动、俯仰、拉伸动作，工作台可以形成任意角度上顶，能够完成飞机蒙皮零件成形所需的拉形轨迹。试验结果表明，系统具有较高的精度。符合大多数蒙皮零件的拉形试验要求，为开展蒙皮拉形过程控制和工艺研究提供了试验保障。     

盒形件成形工艺及落拉复合模与切边模设计

根据毛坯面积与拉深面积(加上修边余量)相等的原则计得到零件落料尺寸165 mm*140 mm,零件相对拉深高度0.32 mm,小于最大拉深高度0.4 mm,得出能够一次拉深成形并且需要使用压边圈的结论,计算冲裁力、拉深力及压边力选出了满足要求的设备.同薄板折弯焊接以及落料/拉深/切边共三副模具两种方案对比,确定了模具结...     

数控蒙皮拉形试验机系统开发与应用研究

拉形是飞机蒙皮成形的主要方式之一,为研究蒙皮零件在拉形过程中的变形行为,自行研制开发了1000KN数控蒙皮拉形试验机系统.系统采用电液伺服技术,实现了夹钳的水平转动、俯仰、拉伸动作,工作台可以形成任意角度上顶,能够完成飞机蒙皮零件成形所需的拉形轨迹.试验结果表明,系统具有较高的精度,符合大多数蒙皮零件的拉形试验要求,为开展蒙皮拉形过程控制和工艺研究提供了试验保障.     

基于方差传递模型的飞机蒙皮拉形工艺稳健设计

在蒙皮拉形工艺中,由于诸多不确定因素的存在,传统最优工艺条件下的成形质量存在较大波动.针对该问题,将有限元分析和稳健设计有效结合,提出基于方差传递模型的飞机蒙皮拉形工艺稳健设计方法.分析蒙皮拉形中的主要质量缺陷及关键设计参数,考虑成形过程中设计参数的波动和噪声因子;基于有限元分析和响应面法给出蒙皮拉形工艺的质量缺陷指标...     

Topology optimization of compressor bracket

Topology optimization is very useful engineering technique especially at the concept design stage. It is common habit to design depending on the designer’s experience at the early stage of product development. Structural analysis methodology of compressor bracket was verified on the static and dynamic loading condition with 2 bracket samples for the topology optimization base model. Topology optimization is able to produce reliable and satisfactory results with the verified structural model. Base bracket model for the topology optimization was modeled considering the interference with the adjacent vehicle parts. Objective function was to minimize combined compliance and the constraint was the first natural frequency over 250 Hz. Multiple load cases such as normal mode calculation and gravity load conditions with 3-axis direction were also applied for the optimization, expecting an even stress distribution and vibration durability performance. Commercial structural optimization code such as optistruct of Altair Engineering was used for the structural topology optimization. Optimization was converged after 14 iterations with the satisfaction of natural frequency constraint. New bracket shape was produced with the CATIA based on the topology optimization result. The new bracket from topology optimization result was compared with the traditional concept model and topology optimization base model under 4 load cases. 14 % 1’st natural frequency of new bracket with only 4 % mass increment increased compared to the concept model. 31 % mass decreased compared to the base model without the increment of stress under gravity load cases. It was analyzed thata new bracket would not fail during a vibration durability test, and these results were verified with a fabricated real sample under the durability condition.     

火腿肠包装视觉检测设备重要零部件的拓扑优化

介绍了常用的连续体结构拓扑表达方式和材料插值方法以及求解算法,并比较彼此的优缺点,实现了基于SIMP材料插值方法的最小柔度的数学模型建立,并用优化准则法进行了迭代公式的推导,建立了结构拓扑优化设计的流程图。结合工程实际应用情况,以研发的火腿肠视觉检测设备为对象,采用HyperWorks软件对设备中的重要支撑件进行拓扑优化设计。仿真表明,在满足实际生产强度要求的情况下,零部件体积减少,材料分布更加合理,对零部件实现了轻量化设计,从而为设备的结构改进和优化提供一定的参考依据。     

Topology optimization with displacement-based nonconforming finite elements for incompressible materials

This investigation is concerned with the topology optimization using displacement-based nonconforming finite elements for problems involving incompressible materials. Although the topology optimization with mixed displacement-pressure elements was performed, a displacement-based approach can be an efficient alternative because it interpolates displacement only. After demonstrating the Poisson locking-free characteristics of the employed nonconforming finite elements by a simple patch test, the developed method is applied to solve the design problems of mounts involving incompressible solid or fluid. The numerical performance of the nonconforming elements in topology optimization was examined also with existing incompressible problems. This paper was recommended for publication in revised form by Associate Editor Tae Hee Lee Gang-Won Jang received his M.S. degree in 2000, and Ph.D. degree in 2004, both from the School of Mechanical and Aerospace Engineering, Seoul National University, Seoul, Korea. He is currently an Assistant Professor at the School of Mechanical and Automotive Engineering, Kunsan National University, Jeonbuk, Korea. His current interest concerns topology optimization of multiphysics problems and thin-walled beam analysis. Yoon Young Kim received his B.S. and M.S degrees from Seoul National University, Seoul, Korea, and the Ph.D. degree from Stanford University, Palo Alto, CA, in 1989. He has been on the faculty of the School of Mechanical and Aerospace Engineering, Seoul National University, since 1991. He is also the Director of the National Creative Research Initiatives Center for Multiscale Design. His main research field is the optimal design of multiphysics systems, mechanisms, and transducers. He has served as an editor of several Korean and international journals, and as an organizing committee member of several international conferences.     

拓扑优化中去除数值不稳定性的算法研究

分析了拓扑优化计算中常出现的多孔材料、棋盘格、网格依赖性、局部极值等数值不稳定现象;分析了克服数值不稳定性现象的各种数值方法,及其各自的特点;提出了一种基于卷积因子前处理和小波分析后处理的综合过滤算法,能够有效消除拓扑优化中的数值不稳定现象。     

微夾钳的拓扑优化设计

概述了柔性结构的一种设计方法———拓扑优化法 ,并以微夾钳为例 ,对不同负载、不同约束情况下微夾钳结构进行了拓扑优化设计。     

某客车车架结构多目标拓扑优化设计

整车轻量化的设计需求目前在所有汽车行业的车型开发中占有非常重要的地位,且此需求贯穿了每个项目开发设计的整个过程。车架是整车轻量化设计的重要研究对象。基于整车轻量化设计需求,采用基于折衷规划的多目标拓扑优化设计方法,以某中型客车车架的柔度最小化为目标函数,以体积比和一阶模态频率作为约束条件,对弯扭联合工况下的车架进行结构拓扑优化设计。经计算获得满足约束条件并使车架柔度最小的车架拓扑形态,为该型客车车架提供了结构的概念化设计方法。     

多腔壁板铝型材挤压过程数值模拟及模具优化

挤压模具在铝型材挤压生产中起着至关重要的作用,挤压模具设计的优劣直接影响挤压产品的质量。然而实际生产中,挤压模具的设计更多依赖传统设计经验,需要多次试模和修模,无法满足产品开发需求。以典型的多腔壁板铝型材为例,应用UG建立分流组合模几何模型,采用基于任意拉格朗日—欧拉(Arbitrary Largrang-Euler,ALE)算法的HyperXtrude软件对多腔壁板铝型材的挤压成形过程进行数值模拟,获得挤压过程中速度场、温度场、应力场及金属流动情况。针对初始模具设计的不足,提出多腔壁板铝型材挤压模具优化三步曲(开设引流槽、增设阻流块、优化工作带),有效地解决了初始模具设计中速度分布不均的问题。利用数值模拟方法可以优化模具结构,提出的多腔壁板铝型材挤压模具优化三步曲对同类铝型材挤压模具结构设计具有一定的指导意义。     

变速器壳体拓扑优化设计分析

介绍了变速器壳体设计的一般原则,简述了结构拓扑优化设计技术的基本功能,以实际开发项目中的变速器壳体技术设计为例,介绍了变速器设计的基本要求,提供了变速器壳体设计的一些经验数据,并阐述了壳体材料的选择和结构的工艺性.采用有限元分析方法,对变速器壳体进行拓扑优化分析,通过不同的拓扑优化方法,分析了先进设计方法的实现方式,为实现变速器合理优化设计提供了依据.     

某微型电动车车架结构的拓扑优化设计

为了提高某微型电动车车架的力学性能并减轻质量,将拓扑优化理论引入车架结构的优化设计。考虑了多种行驶工况的冲击载荷对车架的破坏作用,给出多工况条件下拓扑优化结果,建立满足各总成的布置和实际行驶要求的新设计结构,基于有限元法通过ANSYS软件对新设计车架的结构参数进行了优化设计。理论分析和车架的实际应用情况表明,该车架设计合理,说明该优化设计方法进行车架结构设计的有效性和可行性,为结构优化设计提供一种思路。     

液压助力器动态特性SimuLink仿真与优化

基于液压传动控制理论建立了飞行器主操纵系统液压助力器的非线性数学模型,讨论了SIMULINK环境下直接利用系统方程建立液压助力器仿真模型并进行动态特性实时仿真的方法,最后利用优化工具箱和SIMULINK相结合对体系参数进行了优化设计,实现了最佳的系统动态特性。