复杂铝合金带法兰网格筋球形轻量化壁板精确展开方法与流程

本发明涉及空间飞行器承力结构成形工艺技术领域，特别是复杂铝合金带法兰网格筋球形轻量化壁板精确展开方法。

背景技术：

铝合金带法兰网格筋球形整体壁板属于航天领域大型轻量化整体壁板结构，具有明显的减重功效，可使结构重量减少10％～30％。铝合金带法兰网格筋球形整体壁板是建立有人值守的长寿命空间站的核心结构，该结构是目前空间站中广泛采用的大型薄壁球形蒙皮密封结构的升级和超越。相对于大型薄壁球形蒙皮密封结构，铝合金带法兰网格筋球形整体壁板在大大提高了舱体结构的强度和刚度的同时，还提高了舱体结构的密封性能和抗疲劳性能。

目前，通常通过几何建模软件中的展开功能对可几何展开曲面轻量化壁板进行几何展开获得所需的柱形、锥形等轻量化壁板精确展开料，但采用该方法无法获得不可几何展开曲面球形轻量化壁板的精确展开料。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了复杂铝合金带法兰网格筋球形轻量化壁板精确展开方法，克服现有技术的无法实现铝合金带法兰网格筋球形轻量化壁板精确展开的问题。

本发明的技术解决方案是：复杂铝合金带法兰网格筋球形轻量化壁板精确展开方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、获取壁板三维设计模型，进行壁板零件结构分析，提取得到展开要素；

步骤2、抽取壁板光滑内表面，作为初始展开基准面；

步骤3、将壁板外形、网格和法兰映射到初始展开基准面上，得到壁板初始展开面；

步骤4、采用有限元分析软件对壁板初始展开面进行塑性展开，得到壁板初始展开平面；

步骤5、对壁板初始展开平面进行三维拉伸建模，得到壁板初始三维平板展开模型；

步骤6、将壁板初始三维展开模型导入有限元仿真软件，并根据壁板实际成形过程对壁板初始三维平板展开模型进行成形仿真，并将仿真成形后的三维模型与设计模型进行比对，根据对比结果不断修正初始展开面，从而得到精确展开面；

步骤7、采用有限元分析软件对精确展开面进行塑性展开，得到球形轻量化壁板精确展开平面；

步骤8、对精确展开平面进行三维拉伸建模，得到壁板精确三维平板展开模型，实现壁板精确展开。

所述的步骤6中若仿真成形后的三维模型与设计模型比对结果满足使用精度要求，则步骤7和步骤8不再执行，直接将步骤5中得到的球形轻量化壁板初始三维平板展开模型作为球形轻量化壁板精确三维平板展开模型，实现球形轻量化壁板精确展开。

所述的壁板包括蒙皮基体、附着于基体的展开要素，展开要素包括外形、网格以及法兰。

所述的提取得到展开要素的方法为：

根据三维模型，去除模型上倒圆、倒角，对外形、网格以及法兰上的点线要素进行提取。

所述的步骤2中初始展开基准面的外形轮廓边界应连续。

所述的步骤5中对壁板初始展开平面进行三维拉伸建模，需确保拉伸截面的封闭性、拉伸高度和拉伸方向的正确性。

一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-权利要求6任一所述方法的步骤。

一种复杂铝合金带法兰网格筋球形轻量化壁板精确展开终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述的处理器执行所述的计算机程序时实现如权利要求1-权利要求6任一所述方法的步骤。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明展开平面确定时，由于采用成形仿真软件一步展开法对球形壁板进行了有限元塑性展开，展开时充分考虑了材料塑性和实际成形工况，解决了球形壁板结构不可几何展开的技术难题，从而实现了球形壁板塑性展开；

(2)本发明展开平面确定时，由于采用了有限元仿真壁板逆向建模比对法，通过不断的比对修正展开面，从而获得球形壁板精确展开面，因而有效的控制展开精度，提高球形壁板展开精度，节约了反复试验验证的成本，提高了研制效率，为产品最终精密成形奠定基础；

(3)本发明将球形轻量化壁板外形、网格和法兰，映射到初始展开基准面上时，采用编程手段，以指定的密度提取壁板外形、网格、法兰轮廓的点位，形成点云；然后将各点云映射到展开基准面上，可有效提高壁板的展开效率和精度。编程过程中，可根据展开精度要求设定点位的提取密度。

附图说明

图1为本发明提供的球形轻量化壁板三维设计模型示意图；

图2为本发明提供的初始展开基准面；

图3为本发明提供的初始平板展开料结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明实施例提供了一种复杂铝合金带法兰网格筋球形轻量化壁板精确展开方法，包括以下步骤：

步骤1、读取球形轻量化壁板三维设计模型，进行球形轻量化壁板零件结构分析，提取既能够反映零件结构又可以进行展开计算的展开要素；

本发明实施例中，可以根据球形轻量化壁板三维设计模型，进行结构分析。球形轻量化壁板结构由蒙皮基体和附着于基体的展开要素组成，壁板基体的展开要素包括外形、网格以及法兰等。球形轻量化壁板结构展开要素提取的确定过程为：根据设计三维模型，充分考虑成形工艺过程、去除模型上倒圆、倒角，对外形、网格以及法兰上的点线等要素进行提取；

具体地，本发明实施例中所述球形轻量化壁板外形面可以是直线边与曲线边交替的非规则六边形、花瓣形、圆形等成形后可以拼焊成球形的任何形状；网格曲面可以是三角形、平行四边形等能形成网格的形状；法兰形状可以是圆形、平行四边形等任何形状；法兰的位置及大小可以根据设计需求进行任意布置；所述同一球形壁板零件优选同一网格形状；

步骤2、抽取所读取的球形轻量化壁板光滑内表面，作为初始展开基准面；

本发明实施例中，可以根据球形轻量化壁板三维设计模型，进行球形轻量化壁板光滑内表面抽取，作为初始展开基准面，基准面的外形轮廓边界应连续；

具体地，在一可选实施例中，还可以根据球形轻量化壁板的结构特点，抽取球形轻量化壁板光滑外表面，作为初始展开基准面，本发明不做限定；

步骤3、将球形轻量化壁板外形、网格和法兰等，映射到初始展开基准面上，得到球形轻量化壁板初始展开面；

本发明实施例中，球形轻量化壁板基体的展开要素包括外形、网格以及法兰等，以展开要素位置信息为基础信息，再根据外形、网格以及法兰等特征方向与方向的尺寸进行映射运算，实现特征在初始展开基准面上的重构，得到球形轻量化壁板初始展开面；

步骤4、采用有限元分析软件，对球形轻量化壁板初始展开面进行塑性展开，得到球形轻量化壁板初始展开平面；

本发明实施例中，对球形轻量化壁板初始展开面进行塑性展开，展开时考虑充分考虑具体成形工艺过程、材料属性等，以确保展开过程尽可能地与实际工况相吻合，得到球形轻量化壁板初始展开平面；

步骤5、对球形轻量化壁板初始展开平面进行三维拉伸建模，得到球形轻量化壁板初始三维平板展开模型。

本发明实施例中，对球形轻量化壁板初始展开平面进行三维拉伸，需确保拉伸截面的封闭性以及拉伸高度和拉伸方向的正确性；

步骤6、将球形轻量化壁板初始三维展开模型，导入有限元仿真软件，并根据球形轻量化壁板实际成形过程对球形壁板初始三维平板展开模型进行成形仿真，并将仿真成形后的三维模型与设计模型进行比对，根据比对结果不断修正初始展开面，从而得到精确展开面。

本发明实施例中，将仿真成形后的三维模型与设计模型进行比对，根据对比结果不断修正初始展开面，从而得到精确展开面，采用了逆向工程原理，获得精确展开面；

步骤7、采用有限元分析软件，对精确展开面进行塑性展开，得到球形轻量化壁板精确展开平面；

步骤8、对精确展开平面进行三维拉伸建模，得到球形轻量化壁板精确三维平板展开模型，实现球形轻量化壁板精确展开。

所述步骤6中若仿真成形后的三维模型与设计模型比对结果满足使用精度要求，则步骤7和步骤8不再执行，直接将步骤5中得到的球形轻量化壁板初始三维平板展开模型作为球形轻量化壁板精确三维平板展开模型，实现球形轻量化壁板精确展开。

以下为本发明的一个具体实施例：

本实施例提供了一种复杂铝合金带法兰网格筋球形轻量化壁板精确展开方法，包括以下步骤

步骤1、读取球形轻量化壁板三维设计模型1，如图1所示，进行球形轻量化壁板零件结构分析，提取了外形、网格以及法兰等展开要素；所述球形轻量化壁板外形是直线边与曲线边交替的非规则六边形、网格是三角形、法兰形状是圆形、法兰大小不一、位置分布不均；

步骤2、根据球形轻量化壁板三维设计模型，抽取所读取的球形轻量化壁板光滑内表面，作为初始展开基准面，如图2所示；

步骤3、将球形轻量化壁板外形、网格和法兰等，映射到初始展开基准面上，得到球形轻量化壁板初始展开面；

步骤4、采用有限元分析软件，对球形轻量化壁板初始展开面进行塑性展开，得到球形轻量化壁板初始展开平面；对球形轻量化壁板初始展开面进行塑性展开，展开时考虑充分考虑单点渐进成形工艺方案、防锈铝合金材料属性等，得到球形轻量化壁板初始展开平面；

步骤5、对球形轻量化壁板初始展开平面进行三维拉伸建模，得到球形轻量化壁板初始三维平板展开模型，如图3所示。

步骤6、将球形轻量化壁板初始三维展开模型，导入有限元仿真软件，并根据球形轻量化壁板实际成形过程对球形壁板初始三维平板展开模型进行成形仿真，并将仿真成形后的三维模型与设计模型进行比对，比对结果显示初始展开面即为精确展开面；

步骤5中球形轻量化壁板初始三维平板展开模型即为球形轻量化壁板精确三维平板展开模型，实现球形轻量化壁板精确展开。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。