一种薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法与流程

本发明涉及空间包络成形领域，更具体地说，涉及一种薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法。

背景技术：

薄壁高筋壁板构件是高端装备的关键承力构件，广泛应用于航空航天、船舶等领域，其力学性能和承载能力影响装备的整体性能和使用寿命。但薄壁高筋壁板构件外形尺寸大、筋高且薄、腹板薄，其高性能、高精度制造一直是研究热点。

空间包络成形方法是一种连续局部塑性成形新方法，能够高性能、高效率、低成本制造大型薄壁高筋构件。但是对于特定形状的薄壁高筋壁板构件，通过传统方法设计的包络模在空间包络成形过程中可能会和壁板构件发生干涉，降低壁板构件成形精度和表面质量。因此，需要一种薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法，判断包络模和壁板构件是否发生干涉，对可能存在的干涉区域进行预测。目前，还没有关于薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法的报道。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，提供一种薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法，能够判断包络模和壁板构件是否发生干涉，对可能存在的干涉区域进行预测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法，包括以下步骤：

s1、建立直角坐标系，以包络模包络中心点为坐标原点o，以通过坐标原点的竖直轴线为z轴，以通过坐标原点且垂直于z轴的平面为xoy平面，建立直角坐标系o-xyz；

s2、确定薄壁高筋壁板构件每条筋靠近z轴的表面方程γm(x,y,z)和远离z轴的表面方程γn(x,y,z)；

s3、确定构件表面任意一点a(x,y,z)对应的包络模表面点a′(x′,y′,z′)坐标；

s4、确定包络模表面点a′(x′,y′,z′)在空间包络成形过程中的轨迹点a″(x″,y″,z″)坐标；

s5、根据s2和s4计算空间包络成形过程中包络模和构件的时变位置关系；

s6、根据s5的计算结果，判断包络模在空间包络成形过程中和构件是否发生干涉。

上述方案中，薄壁高筋壁板构件某条筋靠近z轴的表面方程γm(x,y,z)如公式(1)所示，远离z轴的表面方程γn(x,y,z)分别如公式(2)所示；

式中，h1为构件筋高。

上述方案中，构件表面任意一点a(x,y,z)对应的包络模表面点a′(x′,y′,z′)坐标方程如公式(3)所示：

式中，γ为包络模在直立状态下母线和水平面的夹角。

上述方案中，包络模表面点a′(x′,y′,z′)的轨迹点a″(x″,y″,z″)坐标如公式(4)所示：

式中，θ为包络模在空间包络成形过程中转动的角度。

上述方案中，确定包络模和构件相对位置关系方法：将轨迹点a″(x″,y″,z″)投影到z轴上，投影点为o″(0,0,z2)；直线o″a″和点a所在构件筋表面相交于点a″′(x″′,y″′,z″′)，根据步骤s2和步骤s4计算点的a″′(x″′,y″′,z″′)坐标；包络模和构件时变位置关系由点a″(x″,y″,z″)和点a″′(x″′,y″′,z″′)的相对距离e确定，相对距离的计算方法如公式(5)所示：

上述方案中，判断包络模和壁板构件是否发生干涉方法为：

判断包络模和壁板构件是否发生干涉方法：根据步骤s5计算的相对距离，确定轨迹点a″(x″,y″,z″)是否在壁板构件实体内，当轨迹点在壁板构件实体内，则包络模和壁板构件发生干涉；反之，则不干涉；包络模和壁板构件是否发生干涉的判断公式如公式(6)和公式(7)所示：

实施本发明的薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法，具有以下有益效果：

(1)通过薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法，判断在空间包络成形过程中包络模和薄壁高筋壁板构件是否发生干涉；

(2)通过计算包络模和壁板构件在空间包络过程中时变位置关系，确定包络模和壁板构件干涉区域位置和几何形状；

(3)通过薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法，预测降低壁板构件精度和表面质量的区域。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是薄壁高筋壁板构件示意图；

图2是包络模转动和壁板构件干涉情况示意图；

图3是图2中的a处局部放大示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明一种薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法，干涉判断原则为：在同一特定直角坐标系下，确定空间包络成形过程中包络模和薄壁高筋壁板构件的相对位置，通过计算包络模和构件的相对位置关系判断两者是否发生干涉。如图1-3所示，本发明具体包括如下步骤：

s1、建立直角坐标系，以包络模包络中心点为坐标原点o，以通过坐标原点的竖直轴线为z轴，以通过坐标原点且垂直于z轴的平面为xoy平面，建立直角坐标系o-xyz；

s2、确定薄壁高筋壁板构件每条筋靠近z轴的表面方程γm(x,y,z)和远离z轴的表面方程γn(x,y,z)；

s3、确定构件表面任意一点a(x,y,z)对应的包络模表面点a′(x′,y′,z′)坐标；

s4、确定包络模表面点a′(x′,y′,z′)在空间包络成形过程中的轨迹点a″(x″,y″,z″)坐标；

s5、根据s2和s4计算空间包络成形过程中包络模和构件的时变位置关系；

s6、根据s5的计算结果，判断包络模在空间包络成形过程中和构件是否发生干涉。

进一步的，薄壁高筋壁板构件某条筋靠近z轴的表面方程γm(x,y,z)如公式(1)所示，远离z轴的表面方程γn(x,y,z)分别如公式(2)所示；

式中，h1为构件筋高。

进一步的，构件表面任意一点a(x,y,z)对应的包络模表面点a′(x′,y′,z′)坐标方程如公式(3)所示：

式中，γ为包络模在直立状态下母线和水平面的夹角。

进一步的，包络模表面点a′(x′,y′,z′)的轨迹点a″(x″,y″,z″)坐标如公式(4)所示：

式中，θ为包络模在空间包络成形过程中转动的角度。

进一步的，确定包络模和构件相对位置关系方法：将轨迹点a″(x″,y″,z″)投影到z轴上，投影点为o″(0,0,z2)；直线o″a″和点a所在构件筋表面相交于点a″′(x″′,y″′,z″′)，根据步骤s2和步骤s4计算点的a″′(x″′,y″′,z″′)坐标；包络模和构件时变位置关系由点a″(x″,y″,z″)和点a″′(x″′,y″′,z″′)的相对距离e确定，相对距离的计算方法如公式(5)所示：

进一步的，判断包络模和壁板构件是否发生干涉方法为：

判断包络模和壁板构件是否发生干涉方法：根据步骤s5计算的相对距离，确定轨迹点a″(x″,y″,z″)是否在壁板构件实体内，当轨迹点在壁板构件实体内，则包络模和壁板构件发生干涉；反之，则不干涉；包络模和壁板构件是否发生干涉的判断公式如公式(6)和公式(7)所示：

本发明提供了具体的计算例如下：

薄壁高筋壁板构件每条筋靠近z轴的表面方程γm(x,y,z)和远离z轴的表面方程γn(x,y,z)分别根据公式(1)和公式(2)计算得：

包络模在直立状态下母线和水平面夹角为构件表面任意一点a(x,y,z)对应的包络模表面点a′(x′,y′,z′)坐标方程根据公式(3)计算得：

包络模表面点a′(x′,y′,z′)顺时针转动时轨迹点a″(x″,y″,z″)坐标根据公式(4)计算得：

确定包络模和构件相对位置关系方法：将步骤s4中的轨迹点a″(-17.05,-17.05,14.28)投影到z轴上，投影点为o″(0,0,14.28)；直线o″a″和点a所在构件筋表面相交于点a″′(x″′,y″′,z″′)，根据步骤s2和步骤s4计算点坐标a″′(-17.56,-17.56,14.28)；包络模和构件相对位置关系由点a″(x″,y″,z″)和点a″′(x″′,y″′,z″′)的相对距离e确定。根据公式(5)计算相对距离e＝0.21。

判断包络模和壁板构件是否发生干涉方法：根据步骤s5计算的相对距离，确定轨迹点a″(x″,y″,z″)是否在壁板构件实体内。当轨迹点在壁板构件实体内，则包络模和壁板构件发生干涉；反之，则不干涉。由于点a在γn面，根据公式(7)判断点a对应的包络模和壁板构件发生干涉。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。