專利名稱：一種二維變曲率型材零件工藝模型的建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于飛機(jī)制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種二維變曲率型材零件工藝模型的建模方法，應(yīng)用于二維變曲率型材零件工藝模型設(shè)計(jì)，將工藝模型作為拉彎模具設(shè)計(jì)制造的依據(jù)。
背景技術(shù)：
型材零件是構(gòu)成飛機(jī)骨架的主要結(jié)構(gòu)件，常常用于框肋緣條、機(jī)身長桁。型材零件的外形輪廓復(fù)雜，一般為非對(duì)稱、變曲率。本發(fā)明主要針對(duì)非對(duì)稱、變曲率二維型材零件，來完成工藝模型的定義。型材零件作為飛機(jī)骨架的主要結(jié)構(gòu)件，直接影響著飛機(jī)的外形準(zhǔn)確度和結(jié)構(gòu)承載能力，其制造成為決定飛機(jī)整體性能的重要環(huán)節(jié)。拉彎工藝是型材零件成形的主要方法，它是型材在彎曲包覆模具的同時(shí)加以切向的拉伸力。型材零件的成形后的外形輪廓是由工藝參數(shù)和拉彎模具共同作用的結(jié)果。傳統(tǒng)上，拉彎模具是根據(jù)型材零件的內(nèi)型面設(shè)計(jì)，由于型材零件卸載回彈，如果采用傳統(tǒng)的拉彎模具設(shè)計(jì)方法，很難保證型材零件拉彎成形后滿足精度要求。為滿足數(shù)字化精確制造的要求，工廠將工藝模型作為拉彎模具設(shè)計(jì)制造的依據(jù)，因此考慮回彈的工藝模型定義成為型材零件拉彎成形的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種二維變曲率型材零件工藝模型的建模方法，解決型材拉彎卸載回彈導(dǎo)致的零件成形精度不能達(dá)到要求的問題。技術(shù)方案一種二維變曲率型材零件工藝模型的建模方法，其特征在于步驟如下步驟I將型材零件輪廓線分割后離散為直線段和圓弧段取T截面形狀、L截面形 狀、U截面形狀和Z截面形狀的型材零件成形時(shí)與模具外緣面相接觸的一條輪廓曲線C，C的起點(diǎn)和終點(diǎn)分別為Pstart和PEnd，C總長度為I ;連接點(diǎn)Pstart和PEnd得到直線段L ；以輪廓曲線C上到直線L距離最大的點(diǎn)Ρτ°ρ將輪廓曲線C分割為兩個(gè)曲線C1和C2,曲線C1起點(diǎn)為Ptop,終點(diǎn)為Pstart,長度為I1,曲線C2起點(diǎn)為Ptop,終點(diǎn)為PEnd，長度為I2 ；采用下述步驟將曲線C1和C2離散為直線和圓弧段步驟Ia:以間距Al等長度離散曲線仏，得到C1曲線上的N個(gè)離散點(diǎn)PiQ =1，2，…，N)，其中Al = (5 10) mm，/V = ^+LP1S P'Pn為離散曲線C1的另一端點(diǎn)，離散
Δ/
APi的曲率為Ki,切線方向?yàn)镽;步驟Ib去除P1, P2，…，Pn中曲率相同的中間點(diǎn)對(duì)i進(jìn)行循環(huán)(i = 2，···，Ν_1)，若Kh = Ki = Ki+1成立,則去掉？1點(diǎn)；設(shè)去除曲率相同的中間點(diǎn)后剩下Nz個(gè)點(diǎn),對(duì)剩下的Nz個(gè)點(diǎn)重新編號(hào)得if，#,···，$，離散點(diǎn)if的曲率力尤2 ,切線方向?yàn)閊 ;步驟Ic根據(jù)離散點(diǎn)Zf的曲率#將曲線C1劃分為直線段和圓弧段對(duì)i進(jìn)行循環(huán)(i = 2，…，Nz)，若
權(quán)利要求
1.一種二維變曲率型材零件工藝模型的建模方法，其特征在于步驟如下 步驟I將型材零件輪廓線分割后離散為直線段和圓弧段取T截面形狀、L截面形狀、U截面形狀和Z截面形狀的型材零件成形時(shí)與模具外緣面相接觸的一條輪廓曲線C，C的起點(diǎn)和終點(diǎn)分別為Pstart和PEnd，C總長度為I ;連接點(diǎn)Pstart和PEnd得到直線段L ；以輪廓曲線C上到直線L距離最大的點(diǎn)Ρτ°ρ將輪廓曲線C分割為兩個(gè)曲線C1和C2,曲線C1起點(diǎn)為Ρτ°ρ，終點(diǎn)為Pstart,長度為I1,曲線C2起點(diǎn)為Ρτ°ρ，終點(diǎn)為PEnd，長度為I2 ； 采用下述步驟將曲線C1和C2離散為直線和圓弧段 步驟Ia:以間距Al等長度離散曲線仏，得到C1曲線上的N個(gè)離散點(diǎn)PiQ =1，2，…，N)，其中Al = (5 10)mm，況=Pn為離散曲線C1的另一端點(diǎn)，離散 AlAPi的曲率為Ki,切線方向?yàn)镵; 步驟Ib去除P1, P2,…，Pn中曲率相同的中間點(diǎn)對(duì)i進(jìn)行循環(huán)(i = 2，…，Ν-1)，若IV1=Ki = Ki+1成立,則去掉Pi點(diǎn)；設(shè)去除曲率相同的中間點(diǎn)后剩下Nz個(gè)點(diǎn),對(duì)剩下的Nz個(gè)點(diǎn)重新編號(hào)得/fVf，…」 :.離散點(diǎn)if的曲率為，切線方向?yàn)榧祝? 步驟ic根據(jù)離散點(diǎn)/f的曲率將曲線C1劃分為直線段和圓弧段對(duì)i進(jìn)行循環(huán)α=2，…，Nz)，若If—, =Kf =O成立，則確定一個(gè)直線段L，起點(diǎn)為Zf1，終點(diǎn)為if，直線長度為W \ ;否則以一個(gè)圓弧來逼近片1=<=()不成立的相鄰離散點(diǎn)思，#，...，/^使得逼近精度盧“ l+i<o.i ,而以圓弧逼近相鄰離散點(diǎn)···，%+,的精度(+i+1 >0.1 ； 所述圓弧逼近精度 的計(jì)算步驟如下 步驟a計(jì)算離散點(diǎn)if,d，- Pfi到逼近圓弧段距離的算術(shù)平均值。:計(jì)算公式為 +i -._, V R - P7QIJ7 P,-^—=k_k，其中圓心為ο,半徑計(jì)算公式為P— ■ ^ .圓心角計(jì)算公式 /'-I-1.^2X(I -COS0) V.Z mVf-^ = arccos(_ ^);保留中的兩個(gè)端點(diǎn)和刪除和之間的點(diǎn)； yi fWif Pz if I 得到分為α工個(gè)離散段Seglu(u = 1，2，…，aj的C1曲線，當(dāng)Seglu為0弧段時(shí)，圓弧曲率為Klu，圓弧半徑大小為式a 一，圓弧角度為Θ lu，圓弧長度Ilu ;當(dāng)Seglu為直線段時(shí)，曲 八1__率為Klu = 0，定Rlu = O角度為Θ lu = 0，直線長度Ilu叫+ 1個(gè)尚散點(diǎn)私^P\2 ,…，Β:ηι+1); 對(duì)曲線C2重復(fù)步驟Ia 步驟lc，得到為a2個(gè)離散段Seg2v (V = I, 2，…，a2)的C2曲線，其中W = I + LPn為離散曲線C2的另一端點(diǎn)；當(dāng)Seg2v為圓弧段時(shí)，圓弧曲率為K2v，圓弧 Δ/半徑大小為盡v ，圓弧角度為θ 2v，圓弧長度I2v ;當(dāng)Seg2v為直線段時(shí)，曲率為K2v = O,K2v定R2v = O角度為θ 2ν = 0，直線長度I2v ；a2+l個(gè)離散點(diǎn)擔(dān); 將分段結(jié)果Seglu, Seg2v作為工藝模型原始模型； 步驟2 :采用數(shù)值模擬確定輪廓曲線C1和C2回彈后曲線Cf和Cf，根據(jù)弧長相等確定工藝模型回彈數(shù)據(jù)模型丨，步驟如下 步驟2a型材拉彎數(shù)值模擬根據(jù)零件工藝模型，采用有限元分析軟件建立有限元分析模型，其中網(wǎng)格尺寸小于等于5_，網(wǎng)格單元類型采用殼單元，設(shè)置C1, C2的工藝參數(shù)在預(yù)拉量分別為(O. 3% 0· 5%) Xl1, (O. 3% 0· 5%) X I2，補(bǔ)拉量分別為(1% 4%) X I1' (1% 4%) X I2,彎曲速度為O. 5deg/s 2· 5deg/s ； 然后采用顯式方法對(duì)拉彎過程進(jìn)行數(shù)值模擬，采用隱式方法對(duì)回彈過程進(jìn)行數(shù)值模擬； 步驟2b工藝模型回彈數(shù)據(jù)模型確定提取回彈后輪廓曲線C1和C2對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)集Set1和set2,將這些節(jié)點(diǎn)在CAD軟件中擬合形成樣條線Spline1和spline2, Spline1和Spline2表示C1和C2回彈后的曲線Cf和;根據(jù)弧長相等,確定Seglu, Seg2v在曲線Cf和Cs中相對(duì)應(yīng)分段Segl ’ 如果Seglu, Seg2v是一個(gè)圓弧段，其圓弧角度為冗，同時(shí)根據(jù)，R2Ar = 計(jì)算回彈后的近似圓弧半徑K，K ,得到工藝模型回彈數(shù)據(jù)模型;Segslu, &g25,,的圓弧半徑為私，(，圓弧角度為C，C。Cf和對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn)分別為 步驟3工藝模型計(jì)算 步驟3a對(duì)離散段Seglu和Seg2v進(jìn)行回彈補(bǔ)償 當(dāng)離散段Seglu，Seg2v為直線段時(shí)不需要補(bǔ)償； 當(dāng)Seglu, Seg2v為圓弧段時(shí)，補(bǔ)償后的圓弧半徑為< =1-又，E^v=R2v-AxiRl-R2l), λ為補(bǔ)償系數(shù)，取值為I ; 根據(jù)凡Α, = €€ AA'' = .，計(jì)算補(bǔ)償后圓弧角度祀，C 得到Seglu，Seg2v補(bǔ)償后的離散段其圓弧半徑為私'，圓弧角度為(，C ;補(bǔ)償后對(duì)應(yīng)曲線Cf和C tA離散點(diǎn)分別為把,4··，☆和控，步驟3b各離散段的補(bǔ)償輪廓曲線C1和C2的補(bǔ)償以起點(diǎn)P1為基準(zhǔn)，使補(bǔ)償后曲線Cf和Cf的起點(diǎn)if和/ '與P1是同一個(gè)點(diǎn)，且在P1點(diǎn)處的切線方向^相同； 以任意連續(xù)的兩個(gè)離散段, &&(( +1)在連接點(diǎn)/￡+u處一階連續(xù)，且曲率方向一致，得到補(bǔ)償曲線為工藝模型建模參考模型； 步驟3c工藝模型設(shè)計(jì)用型材的截面形狀在CAD軟件中，以工藝模型建模參考模型為輪廓線掃略得零件的工藝模型； 步驟4工藝模型優(yōu)化以Cf和Cf取代C1和C2,重復(fù)步驟2中的步驟2a 步驟2b，dis是輪廓曲線C上的點(diǎn)到(f和Cf的最大距離，如果dis ( O. 5mm則結(jié)束,如果dis > O. 5mm則重復(fù)步驟3使得dis < O. 5mm ；步驟5 :如果重復(fù)步驟3后仍為dis > O. 5mm,則重復(fù)步驟4直到dis ( O. 5mm結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述二維變曲率型材零件工藝模型的建模方法，其特征在于所述的有限元分析軟件采用ABAQUS有限元分析軟件。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述二維變曲率型材零件工藝模型的建模方法，其特征在于所述的CAD軟件采用CATIA軟件。
全文摘要
本發(fā)明屬于飛機(jī)制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種二維變曲率型材零件工藝模型的建模方法，通過對(duì)輪廓線的離散，將輪廓線離散為多個(gè)直線和圓弧段。采用有限元模擬，計(jì)算每個(gè)離散段的回彈量，通過多次迭代補(bǔ)償?shù)醚a(bǔ)償后的零件輪廓曲線，用于零件的工藝模型定義。有益效果本發(fā)明所采用的方法能夠快速、精確設(shè)計(jì)型材零件的工藝模型，提供給工藝人員用于拉彎模具的設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102968524SQ20121043751
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者雷湘衡, 王俊彪, 劉闖, 楊憶湄, 譚浩 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)