题目：铝合金薄壁件数控拉伸成形工艺仿真关键技术研究

飞机铝合金薄壁件主要包括双曲度蒙皮零件和变曲率型材零件，它们分别是构成飞机气动外形和飞机骨架的关键零件，主要采用拉伸成形工艺（型材拉伸成形又称型材拉弯）制造。目前该工艺主要依靠经验和试错法来进行设计，导致零件生产周期长、成本高、质量不稳定。而在汽车冲压成形工艺设计领域，由于工程师能够借助工艺仿真技术精确模拟和分析复杂成形过程，使得上述问题得到了很好的解决。但将工艺仿真技术应用于飞机铝合金薄壁件拉伸成形工艺设计，存在本构模型选择和校准、成形缺陷判据建立、位移加载轨迹设计、成形多道次划分等难点。本文对这些难点进行了研究。首先描述了基于Hill二次和Barlat三参数各向异性屈服准则的本构模型，并采用这两种模型对铝型材拉弯成形进行了数值模拟。与试验对比表明基于Barlat三参数的本构模型预测较准确，为工艺仿真提供了本构模型选择依据。试验研究了2B06铝合金板在O态（退火态）和W态（新淬火态）的成形性能，结果显示强度各向异性和塑性流动各向异性受热处理状态影响较小。基于该结论建立了飞机常用铝合金板在O态及W态不同自然时效时间的本构模型，为工艺仿真提供了材料参数。根据薄壁件拉伸成形变形特点，通过试验建立了飞机常用铝合金板和挤压型材的简易成形极限图。通过试验研究了预变形对铝合金板热处理后成形极限、晶粒度和表面形貌的影响。针对具体铝合金板，测得了热处理影响系数、粗晶和桔皮临界应变值，为工艺仿真提供了缺陷仿真判据。针对二维张臂式拉弯成形过程，提出了一种夹钳力矩边界条件等效模型，简化了数值模拟建模过程。经过试验验证，该模型简单可靠。在此基础上提出了一种基于力控制模拟的拉弯位移加载轨迹设计方法。针对复杂空间三维型材拉弯成形，根据切线接触条件，推导了给定变形模式下拉弯轨迹的计算公式，实现了型材拉弯的三维数值模拟，进而提出了一种基于离散包覆和变形控制有限元模拟的拉弯位移加载轨迹设计方法。在了解VTL1000数控蒙皮综合拉形机各机构结构、运动行程、精度、速度和运动模式的基础上，根据其二维装配图纸，机床操作说明书及实地测绘建立了该机床的机构运动仿真模型。基于该运动仿真模型提出了蒙皮包覆拉形位移加载轨迹设计方法。采用该方法设计了某型号飞机翼身融合侧蒙皮的加载轨迹。通过试验验证，表明轨迹设计合理，进而表明设计方法的可行性。将俄罗斯学者提出的拉伸成形多道次划分理论与有限元数值模拟相结合，建立了基于有限元模拟的拉伸成形多道次划分方法。以简单马鞍形蒙皮为例，说明了该方法的流程。应用该方法对某型号飞机翼身融合下蒙皮进行了拉伸成形多道次划分，确定出了成形该蒙皮零件最少的道次数和每道次加载轨迹。通过试验验证，表明了该方法的可行性。