题目：基于脉冲电磁力作用的铝合金蒙皮内应力调形方法研究

    随着能源和环境问题的日益突出，航空航天器和汽车的轻量化在当代工业发展中的地位日益显著，轻量化是提高现代装备性能、节约能源和减少有害气体排放的有效途径，也是国家科技发展进步的关键。大型蒙皮和整体壁板等大型板类构件可有效减少航空航天器上连接件的数量，近来在航空航天领域应用非常广泛。板类零件成形目前主要通过机械力和液压力二种方式，经模具强制材料发生变形获得所需形状。这类成形技术对工艺装备依赖性强，并且影响构件的服役性能。因此，对大型蒙皮的成形技术研究和完善是实现轻量化的有效手段。本文将电磁成形技术通过内应力调形的方式引入到蒙皮成形中，并进行了系统的研究。

    本文首先采用有限元法对脉冲电磁力进行了计算，确定了放电电压、电容、线圈结构、线圈与板料的间隙、线圈与板料平面方向相对位置关系及其几何尺寸对电磁力的影响，并明确了板料上感应电流聚集现象的原因，随后使用有限元模拟和试验研究对其进行了证实。

    为了实现线圈处于不同倾斜角度下的固定，研制了一套柔性工装，并使用单曲率模具进行了基于脉冲电磁力作用的弹性弯曲内应力调形试验，获得了放电电压和电磁力打击次数对板料成形性的影响，并对不同工艺参数下得到的工件进行了疲劳寿命测试，初步分析了工艺参数对工件疲劳寿命的影响。

    结合有限元软件ANSYS和ABAQUS，进行了基于脉冲电磁力作用的弹性弯曲内应力调形的有限元建模与仿真，建模过程中分别对材料本构模型选择和单元类型选择进行了研究，最终有限元模拟结果与试验结果吻合良好。并确定了放电电压和模具曲率半径对板料成形性的影响。

    为增强工件几何尺寸的确定性，将之前板料弹性纯弯预应力状态改为拉形预应力状态来增大板料的切向力，并对板料外表面进行脉冲电磁力冲击，即将脉冲电磁力引入到蒙皮拉形工艺中。经过有限元仿真可以看出，脉冲电磁力可以有效抑制工件回弹，从而改善了蒙皮的贴模度，提高了蒙皮的成形精度。

    以拉形延伸率、充电电压以及不同区域电磁力分布三个工艺参数为优化参数，以蒙皮贴模度为目标，分别采用四水平的正交试验设计、响应面法、遗传算法和拟牛顿法，建立了工艺参数与优化目标的函数关系，并实现了对工艺参数的优化。最后，通过试验验证，证实了优化方法的实用性和有效性。

    基于有限元模拟、理论分析和试验研究，揭示了基于脉冲电磁力作用的内应力调形机理，即在预应力和脉冲电磁力的共同作用下，板料固有的弹性能通过转化为塑性能的方式获得了一定程度的释放，板料内产生了一定的应力松弛，从而改变了板料的内应力分布状态，其切向应力减小，外加弯矩也相应降低，工件回弹得到了有效抑制。同时，在脉冲电磁力的作用下，沿板料厚度方向的切向应力分布均匀程度有了显著的提高，也有效控制了工件的回弹，最终提高了蒙皮件的成形精度。