● 摘要
飞机蒙皮拉伸成形集中体现了大型飞机薄壁件塑性成形的特点，是当前飞机板金研究与发展的一个重要方向。蒙皮拉形技术是衡量一个国家飞机制造能力和水平的重要标志之一，因此发展蒙皮拉形技术对我国的航空制造工业具有十分重要的意义。本文在国防基础研究项目和国防预研重点项目等的资助下，针对国内航空工厂的需要并结合国防重点学科建设条件，深入研究蒙皮拉形变形规律及其工艺优化，同时研制多功能数控拉形试验机，创建飞机蒙皮拉形试验平台，进行工艺优化实验验证。本文基于经典塑性理论，以二维拉弯模型为切入点对板料拉伸成形进行理论分析，研究不同加载方式下板料拉伸弯曲成形中应力、应变关系，提出了卸载回弹的计算公式，分析了影响回弹的因素；建立三维曲面回弹评价方法及回弹、贴模度的测量方法。研究了蒙皮拉形有限元数值模拟建模关键问题。试验获取航空铝合金LY12-M基于Hill48屈服准则的相关参数；建立了位移控制下确定蒙皮拉形加载轨迹的新方法，推导出不同加载方式下的加载轨迹，作为有限元数值模拟的位移边界条件；基于ABAQUS动态显式求解，用静态隐式无模法计算回弹，建立有限元数值模拟分析模型，通过与试验结果对比，验证了该分析模型的可靠性和模拟结果的准确性。 基于ABAQUS作为仿真平台，ISIGHT作为优化工具，通过编写脚本文件、批处理文件及宏命令流完成二者之间设计变量、目标函数的动态传输以及有限元动态求解和静态求解的集成，完成有限元数值模拟软件和优化算法软件之间的无缝集成，实现飞机蒙皮拉形工艺参数优化；建立了优化结果可靠性的评定方法。深入研究双曲度蒙皮和复杂S形蒙皮拉伸成形关键性问题，以减小卸载回弹，提高贴模度为目标建立最优化数学模型；采用正交试验设计方法，建立设计变量与目标函数之间的二阶近似响应曲面模型，通过迭代优化逆向求解获得了双曲度蒙皮的最优加载轨迹和复杂S形蒙皮的最佳工艺参数，分析了摩擦系数出现波动时优化结果的可靠性。 研制了国内首台100吨多功能数控拉形试验机，能够实现多种材料、多种工况复杂蒙皮拉伸成形试验和型材拉弯试验，采用液压闭环伺服控制和数字控制技术，实现载荷、位移、拉伸速度及相关试验参数的动态采集、显示及实时控制。将双曲度蒙皮拉形最优加载轨迹，转化为100吨数控蒙皮拉形试验平台中各驱动油缸的运动指令，对模拟最优化结果进行了实际验证。成形结束对零件的贴模度、应变分布、厚度变化进行测量，结果表明优化后的应变均匀性显著提高，最大贴模度提高了近30％。拉形试验表明优化方法正确，优化结果可靠。