專利名稱：一種二維變曲率型材零件工藝模型的建模方法
技術領域：
本發明屬于飛機制造技術領域，涉及一種二維變曲率型材零件工藝模型的建模方法，應用于二維變曲率型材零件工藝模型設計，將工藝模型作為拉彎模具設計制造的依據。
背景技術：
型材零件是構成飛機骨架的主要結構件，常常用于框肋緣條、機身長桁。型材零件的外形輪廓復雜，一般為非對稱、變曲率。本發明主要針對非對稱、變曲率二維型材零件，來完成工藝模型的定義。型材零件作為飛機骨架的主要結構件，直接影響著飛機的外形準確度和結構承載能力，其制造成為決定飛機整體性能的重要環節。拉彎工藝是型材零件成形的主要方法，它是型材在彎曲包覆模具的同時加以切向的拉伸力。型材零件的成形后的外形輪廓是由工藝參數和拉彎模具共同作用的結果。傳統上，拉彎模具是根據型材零件的內型面設計，由于型材零件卸載回彈，如果采用傳統的拉彎模具設計方法，很難保證型材零件拉彎成形后滿足精度要求。為滿足數字化精確制造的要求，工廠將工藝模型作為拉彎模具設計制造的依據，因此考慮回彈的工藝模型定義成為型材零件拉彎成形的一個重要環節。
發明內容
要解決的技術問題為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種二維變曲率型材零件工藝模型的建模方法，解決型材拉彎卸載回彈導致的零件成形精度不能達到要求的問題。技術方案一種二維變曲率型材零件工藝模型的建模方法，其特征在于步驟如下步驟I將型材零件輪廓線分割后離散為直線段和圓弧段取T截面形狀、L截面形 狀、U截面形狀和Z截面形狀的型材零件成形時與模具外緣面相接觸的一條輪廓曲線C，C的起點和終點分別為Pstart和PEnd，C總長度為I ;連接點Pstart和PEnd得到直線段L ；以輪廓曲線C上到直線L距離最大的點Ρτ°ρ將輪廓曲線C分割為兩個曲線C1和C2,曲線C1起點為Ptop,終點為Pstart,長度為I1,曲線C2起點為Ptop,終點為PEnd，長度為I2 ；采用下述步驟將曲線C1和C2離散為直線和圓弧段步驟Ia:以間距Al等長度離散曲線仏，得到C1曲線上的N個離散點PiQ =1，2，…，N)，其中Al = (5 10) mm，/V = ^+LP1S P'Pn為離散曲線C1的另一端點，離散
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APi的曲率為Ki,切線方向為R;步驟Ib去除P1, P2，…，Pn中曲率相同的中間點對i進行循環(i = 2，···，Ν_1)，若Kh = Ki = Ki+1成立,則去掉？1點；設去除曲率相同的中間點后剩下Nz個點,對剩下的Nz個點重新編號得if，#,···，$，離散點if的曲率力尤2 ,切線方向為^ ;步驟Ic根據離散點Zf的曲率#將曲線C1劃分為直線段和圓弧段對i進行循環(i = 2，…，Nz)，若
權利要求
1.一種二維變曲率型材零件工藝模型的建模方法，其特征在于步驟如下 步驟I將型材零件輪廓線分割后離散為直線段和圓弧段取T截面形狀、L截面形狀、U截面形狀和Z截面形狀的型材零件成形時與模具外緣面相接觸的一條輪廓曲線C，C的起點和終點分別為Pstart和PEnd，C總長度為I ;連接點Pstart和PEnd得到直線段L ；以輪廓曲線C上到直線L距離最大的點Ρτ°ρ將輪廓曲線C分割為兩個曲線C1和C2,曲線C1起點為Ρτ°ρ，終點為Pstart,長度為I1,曲線C2起點為Ρτ°ρ，終點為PEnd，長度為I2 ； 采用下述步驟將曲線C1和C2離散為直線和圓弧段 步驟Ia:以間距Al等長度離散曲線仏，得到C1曲線上的N個離散點PiQ =1，2，…，N)，其中Al = (5 10)mm，況=Pn為離散曲線C1的另一端點，離散 AlAPi的曲率為Ki,切線方向為K; 步驟Ib去除P1, P2,…，Pn中曲率相同的中間點對i進行循環(i = 2，…，Ν-1)，若IV1=Ki = Ki+1成立,則去掉Pi點；設去除曲率相同的中間點后剩下Nz個點,對剩下的Nz個點重新編號得/fVf，…」 :.離散點if的曲率為，切線方向為甲； 步驟ic根據離散點/f的曲率將曲線C1劃分為直線段和圓弧段對i進行循環α=2，…，Nz)，若If—, =Kf =O成立，則確定一個直線段L，起點為Zf1，終點為if，直線長度為W \ ;否則以一個圓弧來逼近片1=<=()不成立的相鄰離散點思，#，...，/^使得逼近精度盧“ l+i<o.i ,而以圓弧逼近相鄰離散點···，%+,的精度(+i+1 >0.1 ； 所述圓弧逼近精度 的計算步驟如下 步驟a計算離散點if,d，- Pfi到逼近圓弧段距離的算術平均值。:計算公式為 +i -._, V R - P7QIJ7 P,-^—=k_k，其中圓心為ο,半徑計算公式為P— ■ ^ .圓心角計算公式 /'-I-1.^2X(I -COS0) V.Z mVf-^ = arccos(_ ^);保留中的兩個端點和刪除和之間的點； yi fWif Pz if I 得到分為α工個離散段Seglu(u = 1，2，…，aj的C1曲線，當Seglu為0弧段時，圓弧曲率為Klu，圓弧半徑大小為式a 一，圓弧角度為Θ lu，圓弧長度Ilu ;當Seglu為直線段時，曲 八1__率為Klu = 0，定Rlu = O角度為Θ lu = 0，直線長度Ilu叫+ 1個尚散點私^P\2 ,…，Β:ηι+1); 對曲線C2重復步驟Ia 步驟lc，得到為a2個離散段Seg2v (V = I, 2，…，a2)的C2曲線，其中W = I + LPn為離散曲線C2的另一端點；當Seg2v為圓弧段時，圓弧曲率為K2v，圓弧 Δ/半徑大小為盡v ，圓弧角度為θ 2v，圓弧長度I2v ;當Seg2v為直線段時，曲率為K2v = O,K2v定R2v = O角度為θ 2ν = 0，直線長度I2v ；a2+l個離散點擔; 將分段結果Seglu, Seg2v作為工藝模型原始模型； 步驟2 :采用數值模擬確定輪廓曲線C1和C2回彈后曲線Cf和Cf，根據弧長相等確定工藝模型回彈數據模型丨，步驟如下 步驟2a型材拉彎數值模擬根據零件工藝模型，采用有限元分析軟件建立有限元分析模型，其中網格尺寸小于等于5_，網格單元類型采用殼單元，設置C1, C2的工藝參數在預拉量分別為(O. 3% 0· 5%) Xl1, (O. 3% 0· 5%) X I2，補拉量分別為(1% 4%) X I1' (1% 4%) X I2,彎曲速度為O. 5deg/s 2· 5deg/s ； 然后采用顯式方法對拉彎過程進行數值模擬，采用隱式方法對回彈過程進行數值模擬； 步驟2b工藝模型回彈數據模型確定提取回彈后輪廓曲線C1和C2對應的網格節點集Set1和set2,將這些節點在CAD軟件中擬合形成樣條線Spline1和spline2, Spline1和Spline2表示C1和C2回彈后的曲線Cf和;根據弧長相等,確定Seglu, Seg2v在曲線Cf和Cs中相對應分段Segl ’ 如果Seglu, Seg2v是一個圓弧段，其圓弧角度為冗，同時根據，R2Ar = 計算回彈后的近似圓弧半徑K，K ,得到工藝模型回彈數據模型;Segslu, &g25,,的圓弧半徑為私，(，圓弧角度為C，C。Cf和對應的離散點分別為 步驟3工藝模型計算 步驟3a對離散段Seglu和Seg2v進行回彈補償 當離散段Seglu，Seg2v為直線段時不需要補償； 當Seglu, Seg2v為圓弧段時，補償后的圓弧半徑為< =1-又，E^v=R2v-AxiRl-R2l), λ為補償系數，取值為I ; 根據凡Α, = €€ AA'' = .，計算補償后圓弧角度祀，C 得到Seglu，Seg2v補償后的離散段其圓弧半徑為私'，圓弧角度為(，C ;補償后對應曲線Cf和C tA離散點分別為把,4··，☆和控，步驟3b各離散段的補償輪廓曲線C1和C2的補償以起點P1為基準，使補償后曲線Cf和Cf的起點if和/ '與P1是同一個點，且在P1點處的切線方向^相同； 以任意連續的兩個離散段, &&(( +1)在連接點/￡+u處一階連續，且曲率方向一致，得到補償曲線為工藝模型建模參考模型； 步驟3c工藝模型設計用型材的截面形狀在CAD軟件中，以工藝模型建模參考模型為輪廓線掃略得零件的工藝模型； 步驟4工藝模型優化以Cf和Cf取代C1和C2,重復步驟2中的步驟2a 步驟2b，dis是輪廓曲線C上的點到(f和Cf的最大距離，如果dis ( O. 5mm則結束,如果dis > O. 5mm則重復步驟3使得dis < O. 5mm ；步驟5 :如果重復步驟3后仍為dis > O. 5mm,則重復步驟4直到dis ( O. 5mm結束。
2.根據權利要求I所述二維變曲率型材零件工藝模型的建模方法，其特征在于所述的有限元分析軟件采用ABAQUS有限元分析軟件。
3.根據權利要求I所述二維變曲率型材零件工藝模型的建模方法，其特征在于所述的CAD軟件采用CATIA軟件。
全文摘要
本發明屬于飛機制造技術領域，涉及一種二維變曲率型材零件工藝模型的建模方法，通過對輪廓線的離散，將輪廓線離散為多個直線和圓弧段。采用有限元模擬，計算每個離散段的回彈量，通過多次迭代補償得補償后的零件輪廓曲線，用于零件的工藝模型定義。有益效果本發明所采用的方法能夠快速、精確設計型材零件的工藝模型，提供給工藝人員用于拉彎模具的設計。
文檔編號G06F17/50GK102968524SQ20121043751
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月6日 優先權日2012年11月6日
發明者雷湘衡, 王俊彪, 劉闖, 楊憶湄, 譚浩 申請人:西北工業大學