专利名称：一种二维变曲率型材零件工艺模型的建模方法
技术领域：
本发明属于飞机制造技术领域，涉及一种二维变曲率型材零件工艺模型的建模方法，应用于二维变曲率型材零件工艺模型设计，将工艺模型作为拉弯模具设计制造的依据。
背景技术：
型材零件是构成飞机骨架的主要结构件，常常用于框肋缘条、机身长桁。型材零件的外形轮廓复杂，一般为非对称、变曲率。本发明主要针对非对称、变曲率二维型材零件，来完成工艺模型的定义。型材零件作为飞机骨架的主要结构件，直接影响着飞机的外形准确度和结构承载能力，其制造成为决定飞机整体性能的重要环节。拉弯工艺是型材零件成形的主要方法，它是型材在弯曲包覆模具的同时加以切向的拉伸力。型材零件的成形后的外形轮廓是由工艺参数和拉弯模具共同作用的结果。传统上，拉弯模具是根据型材零件的内型面设计，由于型材零件卸载回弹，如果采用传统的拉弯模具设计方法，很难保证型材零件拉弯成形后满足精度要求。为满足数字化精确制造的要求，工厂将工艺模型作为拉弯模具设计制造的依据，因此考虑回弹的工艺模型定义成为型材零件拉弯成形的一个重要环节。
发明内容
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种二维变曲率型材零件工艺模型的建模方法，解决型材拉弯卸载回弹导致的零件成形精度不能达到要求的问题。技术方案一种二维变曲率型材零件工艺模型的建模方法，其特征在于步骤如下步骤I将型材零件轮廓线分割后离散为直线段和圆弧段取T截面形状、L截面形 状、U截面形状和Z截面形状的型材零件成形时与模具外缘面相接触的一条轮廓曲线C，C的起点和终点分别为Pstart和PEnd，C总长度为I ;连接点Pstart和PEnd得到直线段L ；以轮廓曲线C上到直线L距离最大的点Ρτ°ρ将轮廓曲线C分割为两个曲线C1和C2,曲线C1起点为Ptop,终点为Pstart,长度为I1,曲线C2起点为Ptop,终点为PEnd，长度为I2 ；采用下述步骤将曲线C1和C2离散为直线和圆弧段步骤Ia:以间距Al等长度离散曲线仏，得到C1曲线上的N个离散点PiQ =1，2，…，N)，其中Al = (5 10) mm，/V = ^+LP1S P'Pn为离散曲线C1的另一端点，离散
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APi的曲率为Ki,切线方向为R;步骤Ib去除P1, P2，…，Pn中曲率相同的中间点对i进行循环(i = 2，···，Ν_1)，若Kh = Ki = Ki+1成立,则去掉？1点；设去除曲率相同的中间点后剩下Nz个点,对剩下的Nz个点重新编号得if，#,···，$，离散点if的曲率力尤2 ,切线方向为^ ;步骤Ic根据离散点Zf的曲率#将曲线C1划分为直线段和圆弧段对i进行循环(i = 2，…，Nz)，若
权利要求
1.一种二维变曲率型材零件工艺模型的建模方法，其特征在于步骤如下 步骤I将型材零件轮廓线分割后离散为直线段和圆弧段取T截面形状、L截面形状、U截面形状和Z截面形状的型材零件成形时与模具外缘面相接触的一条轮廓曲线C，C的起点和终点分别为Pstart和PEnd，C总长度为I ;连接点Pstart和PEnd得到直线段L ；以轮廓曲线C上到直线L距离最大的点Ρτ°ρ将轮廓曲线C分割为两个曲线C1和C2,曲线C1起点为Ρτ°ρ，终点为Pstart,长度为I1,曲线C2起点为Ρτ°ρ，终点为PEnd，长度为I2 ； 采用下述步骤将曲线C1和C2离散为直线和圆弧段 步骤Ia:以间距Al等长度离散曲线仏，得到C1曲线上的N个离散点PiQ =1，2，…，N)，其中Al = (5 10)mm，况=Pn为离散曲线C1的另一端点，离散 AlAPi的曲率为Ki,切线方向为K; 步骤Ib去除P1, P2,…，Pn中曲率相同的中间点对i进行循环(i = 2，…，Ν-1)，若IV1=Ki = Ki+1成立,则去掉Pi点；设去除曲率相同的中间点后剩下Nz个点,对剩下的Nz个点重新编号得/fVf，…」 :.离散点if的曲率为，切线方向为甲； 步骤ic根据离散点/f的曲率将曲线C1划分为直线段和圆弧段对i进行循环α=2，…，Nz)，若If—, =Kf =O成立，则确定一个直线段L，起点为Zf1，终点为if，直线长度为W \ ;否则以一个圆弧来逼近片1=<=()不成立的相邻离散点思，#，...，/^使得逼近精度卢“ l+i<o.i ,而以圆弧逼近相邻离散点···，%+,的精度(+i+1 >0.1 ； 所述圆弧逼近精度 的计算步骤如下 步骤a计算离散点if,d，- Pfi到逼近圆弧段距离的算术平均值。:计算公式为 +i -._, V R - P7QIJ7 P,-^—=k_k，其中圆心为ο,半径计算公式为P— ■ ^ .圆心角计算公式 /'-I-1.^2X(I -COS0) V.Z mVf-^ = arccos(_ ^);保留中的两个端点和删除和之间的点； yi fWif Pz if I 得到分为α工个离散段Seglu(u = 1，2，…，aj的C1曲线，当Seglu为0弧段时，圆弧曲率为Klu，圆弧半径大小为式a 一，圆弧角度为Θ lu，圆弧长度Ilu ;当Seglu为直线段时，曲 八1__率为Klu = 0，定Rlu = O角度为Θ lu = 0，直线长度Ilu叫+ 1个尚散点私^P\2 ,…，Β:ηι+1); 对曲线C2重复步骤Ia 步骤lc，得到为a2个离散段Seg2v (V = I, 2，…，a2)的C2曲线，其中W = I + LPn为离散曲线C2的另一端点；当Seg2v为圆弧段时，圆弧曲率为K2v，圆弧 Δ/半径大小为尽v ，圆弧角度为θ 2v，圆弧长度I2v ;当Seg2v为直线段时，曲率为K2v = O,K2v定R2v = O角度为θ 2ν = 0，直线长度I2v ；a2+l个离散点担; 将分段结果Seglu, Seg2v作为工艺模型原始模型； 步骤2 :采用数值模拟确定轮廓曲线C1和C2回弹后曲线Cf和Cf，根据弧长相等确定工艺模型回弹数据模型丨，步骤如下 步骤2a型材拉弯数值模拟根据零件工艺模型，采用有限元分析软件建立有限元分析模型，其中网格尺寸小于等于5_，网格单元类型采用壳单元，设置C1, C2的工艺参数在预拉量分别为(O. 3% 0· 5%) Xl1, (O. 3% 0· 5%) X I2，补拉量分别为(1% 4%) X I1' (1% 4%) X I2,弯曲速度为O. 5deg/s 2· 5deg/s ； 然后采用显式方法对拉弯过程进行数值模拟，采用隐式方法对回弹过程进行数值模拟； 步骤2b工艺模型回弹数据模型确定提取回弹后轮廓曲线C1和C2对应的网格节点集Set1和set2,将这些节点在CAD软件中拟合形成样条线Spline1和spline2, Spline1和Spline2表示C1和C2回弹后的曲线Cf和;根据弧长相等,确定Seglu, Seg2v在曲线Cf和Cs中相对应分段Segl ’ 如果Seglu, Seg2v是一个圆弧段，其圆弧角度为冗，同时根据，R2Ar = 计算回弹后的近似圆弧半径K，K ,得到工艺模型回弹数据模型;Segslu, &g25,,的圆弧半径为私，(，圆弧角度为C，C。Cf和对应的离散点分别为 步骤3工艺模型计算 步骤3a对离散段Seglu和Seg2v进行回弹补偿 当离散段Seglu，Seg2v为直线段时不需要补偿； 当Seglu, Seg2v为圆弧段时，补偿后的圆弧半径为< =1-又，E^v=R2v-AxiRl-R2l), λ为补偿系数，取值为I ; 根据凡Α, = €€ AA'' = .，计算补偿后圆弧角度祀，C 得到Seglu，Seg2v补偿后的离散段其圆弧半径为私'，圆弧角度为(，C ;补偿后对应曲线Cf和C tA离散点分别为把,4··，☆和控，步骤3b各离散段的补偿轮廓曲线C1和C2的补偿以起点P1为基准，使补偿后曲线Cf和Cf的起点if和/ '与P1是同一个点，且在P1点处的切线方向^相同； 以任意连续的两个离散段, &&(( +1)在连接点/￡+u处一阶连续，且曲率方向一致，得到补偿曲线为工艺模型建模参考模型； 步骤3c工艺模型设计用型材的截面形状在CAD软件中，以工艺模型建模参考模型为轮廓线扫略得零件的工艺模型； 步骤4工艺模型优化以Cf和Cf取代C1和C2,重复步骤2中的步骤2a 步骤2b，dis是轮廓曲线C上的点到(f和Cf的最大距离，如果dis ( O. 5mm则结束,如果dis > O. 5mm则重复步骤3使得dis < O. 5mm ；步骤5 :如果重复步骤3后仍为dis > O. 5mm,则重复步骤4直到dis ( O. 5mm结束。
2.根据权利要求I所述二维变曲率型材零件工艺模型的建模方法，其特征在于所述的有限元分析软件采用ABAQUS有限元分析软件。
3.根据权利要求I所述二维变曲率型材零件工艺模型的建模方法，其特征在于所述的CAD软件采用CATIA软件。
全文摘要
本发明属于飞机制造技术领域，涉及一种二维变曲率型材零件工艺模型的建模方法，通过对轮廓线的离散，将轮廓线离散为多个直线和圆弧段。采用有限元模拟，计算每个离散段的回弹量，通过多次迭代补偿得补偿后的零件轮廓曲线，用于零件的工艺模型定义。有益效果本发明所采用的方法能够快速、精确设计型材零件的工艺模型，提供给工艺人员用于拉弯模具的设计。
文档编号G06F17/50GK102968524SQ20121043751
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月6日 优先权日2012年11月6日
发明者雷湘衡, 王俊彪, 刘闯, 杨忆湄, 谭浩 申请人:西北工业大学