一种基于有限元分析选择整体壁板滚弯用的填料的方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于有限元分析选择整体壁板滚弯用的填料的方法。该方法采用ANSYS/LS-DYNA计算软件，其过程包括以下过程：定义辊子、壁板和填料的材料模型，建立几何模型并切分，对几何模型划分网格，对上下辊施加约束和速度载荷，求解，对后处理结果得出的直线度、残余应力、单元应变进行分析比较得出首选填料。本发明是通过有限元的方法，通过选择不同种类的填料进行对比，获得最优的填料种类，可直接用于指导实际生产中的填料的选择，从而大大缩短设计的周期，降低设计成本，提高设计的效率，同时也是一种绿色的生产方式，为企业和社会创造大量的经济、环境和社会效益。
【专利说明】一种基于有限元分析选择整体壁板滚弯用的填料的方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于有限元分析选择整体壁板滚弯用的填料的方法，属于壁板滚弯技术。
【背景技术】
[0002]整体壁板是由整块板坯加工而成，不需要采用连接技术而将蒙皮与桁条隔框等加强部分制成一个整体的加筋板件。由于其质轻、强度高等优点，整体壁板在航天器等要求减重的部件中拥有广阔的应用前景，在飞机、运载火箭等飞行器中，广泛采用整体壁板。运载火箭贮箱所用的大型整体壁板需要滚弯成形成圆环段，再焊接成圆环。但是整体壁板有复杂的内部和外形结构，在滚弯成形时壁板各个部分变形不均匀，进而造成筋条失稳，壁板成型后轴向直线度过大等问题，因此需要在整体壁板凹槽处添加填料，来改善整体的受力状况。但是填料的选择通常是摆在工程设计人员面前一道难题。通过实验的方法可以有效的寻找合适的填料类型，但是操作复杂，消耗人力物力，不适于在设计过程中采用。现阶段设计采用最有效、使用较为普遍的方法是有限元法。有限元法具有很多优势:减少设计成本，缩短设计和分析的循环周期，降低材料的消耗或成本。利用大型有限元软件ANSYS可以完成复杂结构的分析计算。本发明的核心在于利用有限元法，分析采用不同参数的填料时，获得的滚弯成形壁板的结果，如母线直线度、残余应力、应变的均匀性等，通过结果的对比来选择合适的填料种类。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了提供一种基于有限元分析选择整体壁板滚弯用的填料的方法，该方法具有减少分析费用、节约实验成本、缩短分析循环周期的特点。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种基于有限元分析选择整体壁板滚弯用的填料的方法，该方法采用ANSYS/LS-DYNA计算软件，该计算软件涵盖计算程序有:以实际生产使用的三轴滚弯机的辊子半径、长度尺寸以及整体壁板的长、宽、高尺寸参数建立的辊子和整体壁板的几何模型及有限元模型，及施加载荷约束，求解，提取结果的计算程序；在加入不同填料的整体壁板在三轴滚弯机上滚弯的过程中，通过对滚弯机的受力分析计算，及对整体壁板的应力应变、变形均匀性的进行分析，从而得到不同填料的结果，并对其结果进行对比评定，确定为首选填料；其特征在于包括以下过程:
O首先根据材料属性定义材料模型，将辊子定义为刚体并设置相应约束；将整体壁板定义为弹塑性模型；根据不同种类的填料的属性定义其材料模型，并在软件中分别输入上述模型中涉及的包括弹性模量、泊松比在内的材料参数；
2)根据壁板类型在软件中建立辊子与壁板的几何模型，在ANSYS/LS-DYNA中通过包括布尔运算的操作，创建实体模型，在所创建的模型中，辊子、壁板和填料的模型全部采用对称模型；
3)模型划分:为获得规则的网格，根据壁板的实际情况，将壁板模型的几何体切分成若干规则的长方体和三角棱柱；
4)网格划分:壁板中间的大变形，重点关注区域划分成边长较小的网格，壁板两端小变形区域则划分为边长较大的网格，对所划分的区域体分别使用扫掠方法生成网格，网格单元选用六面体S0LID164单元,使用全积分；
5)施加约束及载荷:根据实际辊子直径和加工情况，确定上辊的下压速度和下辊的转动速度，通过上辊的下压速度和时间来控制下压位移，即下压量；下辊转动速度:上辊下压后，通过下辊转动速度和时间，来控制滚弯的行进路程；
根据式I所示的动态影响误差e (t)判断选择的上辊下压速度和下辊转动速度是否合
适；
【权利要求】
1.一种基于有限元分析选择整体壁板滚弯用的填料的方法，该方法采用ANSYS/LS-DYNA计算软件，该计算软件涵盖计算程序有:以实际生产使用的三轴滚弯机的辊子半径、长度尺寸以及整体壁板的长、宽、高尺寸参数建立的辊子和整体壁板的几何模型及有限元模型，及施加载荷约束，求解，提取结果的计算程序；在加入不同填料的整体壁板在三轴滚弯机上滚弯的过程中，通过对滚弯机的受力分析计算，及对整体壁板的应力应变、变形均匀性的进行分析，从而得到不同填料的结果，并对其结果进行对比评定，确定为首选填料；其特征在于包括以下过程: I)首先根据材料属性定义材料模型，将辊子定义为刚体并设置相应约束；将整体壁板定义为弹塑性模型；根据不同种类的填料的属性定义其材料模型，并在软件中分别输入上述模型中涉及的包括弹性模量、泊松比在内的材料参数； 2)根据壁板类型在软件中建立辊子与壁板的几何模型，在ANSYS/LS-DYNA中通过包括布尔运算的操作，创建实体模型，在所创建的模型中，辊子、壁板和填料的模型全部采用对称模型； 3)模型划分:为获得规则的网格，根据壁板的实际情况，将壁板模型的几何体切分成若干规则的长方体和三角棱柱； 4)网格划分:壁板中间的大变形，重点关注区域划分成边长较小的网格，壁板两端小变形区域则划分为边长较大的 网格，对所划分的区域体分别使用扫掠方法生成网格，网格单元选用六面体S0LID164单元,使用全积分； 5)施加约束及载荷:根据实际辊子直径和加工情况，确定上辊的下压速度和下辊的转动速度，通过上辊的下压速度和时间来控制下压位移，即下压量；下辊转动速度:上辊下压后，通过下辊转动速度和时间，来控制滚弯的行进路程； 根据式I所示的动态影响误差e (t)判断选择的上辊下压速度和下辊转动速度是否合适；
【文档编号】G06F17/50GK103530448SQ201310447577
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】师春生, 张智锋, 赵乃勤, 何春年, 刘恩佐, 李家俊 申请人:天津大学