飛行器蒙皮多點拉形研究分析

田甜

摘 要：飛行器的研究中，針對外部蒙皮的制造，提出很多理念和思想，多點拉形就是蒙皮成形技術的一種，本文研究分析多點拉形技術、多點拉形的有限元分析模型，同時還對飛行器蒙皮成形中的缺陷進行研究分析，總之通過不同的技術和工藝，最終達到設計要求。

關鍵詞：多點拉形研究；多點拉形有限模型；缺陷研究

中圖分類號：V260 文獻標志碼：A

1 多點拉形研究

所謂多點成形就是通過將整個模具離散成為基本體，也就多個沖頭，將這些進行規則、高度可以變化的排列，然后對這些沖頭進行調節，通過數字化技術形成一個曲面零件形狀，然后將板材件進行模具成形，示意圖如圖1所示。

飛行器蒙皮的成形中就利用到多點成形技術，它采用的是多點拉形技術，通過將板材夾緊并施加拉力，再通過拉形模具將零件垂直向上頂升，這樣將板材拉伸完成與模具貼合，得到蒙皮零件的形狀，如圖2所示。

2 多點拉形有限模型

通過多點拉形技術對蒙皮進行加工，而在工藝與成形機理的研究中，可以通過有限元模型對蒙皮拉形成形進行分析，通過數值模擬技術將拉形過程中的一些壓痕、起皺等缺陷控制分析。

板料在拉形成形的過程中，是一個在動態接觸摩擦條件寫的一個非線性不穩定、動態、變形大的過程，所以在材料的拉形過程中，需要研究材料的穩定性，而材料的穩定性可以通過單元長度和材料波速進行計算得到，如下公式：

式中：

Δt—穩定極限；

Le—單元長度；

Cd—材料波速。

材料的波速是一個特性，所以在一定程度上，拉形材料的穩定極限取決于單位長度，波速可以通過一些公式計算得到：

式中：

E—楊氏模量；

ρ—材料密度。

利用有限元分析對板料進行數值模擬成形中，可以通過以下幾個技術進行研究分析：

動力松弛法，該方法是將成形中的靜力問題進行轉化，將其轉化為虛擬阻尼的虛擬動力，然后進行求解，也就是將外力進行緩慢施加。

時間步長控制，時間步長決定模型中的所有單元，所以它的選擇決定求解的效率和中心差分法的穩定性。

集中質量矩陣，在有限元的分析中，矩陣應用最廣泛，質量矩陣是分析功力問題的基本，要把板材在矩陣劃分中，網格細化、單元和節點數量多。

3 缺陷研究

在飛行器拉形成形中，會出現一些缺陷，這些缺陷影響產品的質量，常見的缺陷如下：

起皺：在飛行器蒙皮成形中，是不允許有皺紋現象的，而在薄板零件的加工過程中，起皺又是最常見的缺陷，起皺一般是產生在板料和基本體不接觸的區域，也就是該區域在成形中，由于沒有相互作用的關系，基本體沒有對它產生一個約束，在成形的過程中會出現起皺，通過對起皺形成過程的分析，可以通過采用柔性夾鉗來控制板料起皺，如圖3所示的工作原理。

壓痕：采用多點成形技術，模具整體有很多個基本體，壓痕是板材在拉形過程中，基本體對板料接觸產生的表面缺陷，基本體一般是球行，在接觸位置的應力會很大，所以導致壓痕，常見的有包絡式壓痕和表面壓痕，對于壓痕缺陷的抑制，可以采用板件厚度的控制和基本體形狀的選擇來改善，如圖4所示，不同厚度產生的對比圖。

結論

在現代航空技術的發展中，金屬板材零件的應用量在不斷地增加，尤其是在飛行器的蒙皮上，而傳統的成形方式又不能滿足工藝要求，這樣就需要高水平的制造方法，多點成形技術就是將柔性制造技術和計算機結合起來的一種先進的制造方法，將飛行器蒙皮零件實現無模、快速、數字化的制造，同時針對飛行器的大型蒙皮也能實現加工制造，保證飛行器的飛行精度和安全。

參考文獻

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