CN104392052A - 一种s截面无下陷飞机框肋类钣金零件回弹补偿计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞机制造设计领域，具体涉及一种S截面无下陷飞机框肋类钣金零件回弹补偿计算方法。其方法步骤如下：步骤一：基于零件外缘弯边建立的外缘弯边扩展面，在基础上进行回弹补偿计算后重构外形面；步骤二：对零件内缘弯边加强边外形扩展面进行回弹补偿计算，构造内缘弯边加强边回弹补偿外形面；步骤三：接合回弹补偿后的内缘弯边加强边外形面与零件内缘弯边

Description

一种S截面无下陷飞机框肋类钣金零件回弹补偿计算方法

技术领域

本发明涉及飞机制造设计领域，具体涉及一种S截面无下陷飞机框肋类钣金零件回弹补偿计算方法。

背景技术

框肋零件作为飞机结构组成的重要部分，直接影响着飞机的外形准确度和结构承载能力，其制造成为决定飞机整体性能的重要环节。现代飞机的发展使得其外形变化更为复杂，同时对疲劳性能、飞行寿命的要求也越来越高，对钣金件的精度和质量提出了更高的要求。这就要求制造出的钣金件可以尽可能接近最终形状，特别是要求尽量减少手工修整量，甚至不允许手工敲修，实现“一步法”成形，提高产品品质和外观，以达到钣金件精密成形的要求。

框肋零件主要采用橡皮囊液压成形方式进行生产制造。橡皮囊液压成形具有成形效率高、成形零件表面质量好、成形模具为半模等优点，然而同样存在着钣金件成形共有的回弹、起皱和破裂问题。其中，回弹问题是影响框肋零件成形质量的突出问题。所以需要一种S截面无下陷飞机框肋类钣金零件回弹补偿计算方法来对加工工艺进行指导。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种S截面无下陷飞机框肋类钣金零件回弹补偿计算方法。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：

一种S截面无下陷飞机框肋类钣金零件回弹补偿计算方法，其方法步骤如下：

步骤一：基于零件外缘弯边F^O建立的外缘弯边扩展面S^RO，在S^RO基础上进行回弹补偿计算后重构外形面，具体步骤如下：

步骤a：提取零件外缘弯边F^O的圆角面S^RA和弯边凸缘面S^RF构成弯边外缘弯边外形面S^O；提取S^O凸缘区边界线L^OU，将弯边外形面沿凸缘区边界线L^OU扩展10-15mm，构成零件外缘弯边扩展面S^O'；提取外缘弯边扩展面S^O'两端头边界线 将扩展面S₁ ^O沿分别向外扩展10-15mm构成零件外缘弯边扩展外形面S^RO；

步骤b：提取外缘弯边扩展外形面S^RO的弯边线L^WO，以离散间距为d对L^WO进行离散，形成离散点P_i ^WO(i＝1,2,…,n)；过离散点P_i ^WO构造弯边线法平面F_i ^NO(i＝1,2,…,n)与弯边扩展外形面S^RO相交构成弯边外形面截面曲线段由圆角区截面线和凸缘区截面线(i＝1,2,…,n)构成，圆角区截面线与凸缘区截面线重合于点P_i ^O，对圆角区截面线进行回弹补偿计算；

步骤c：对弯边圆角区截面线(i＝1,2,…,n)，考虑材料厚度、弯边弯曲半径弯曲角度的基础上由数值模拟或工程经验值确定回弹角度为弯边补偿角度Φ^W取各个截面线回弹角度之和的平均值，即计算弯边圆角区截面线回弹补偿后圆心角为c；依据弧长不变原理，计算回弹补偿后圆角半径为 $R_i^{W^{\′}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_i^W}{{\mathrm{\θ}}_i^{W^{\′}}}{R}_i^W+\frac{{\mathrm{\Φ}}^W}{{\mathrm{\θ}}_i^{W^{\′}}}\mathrm{K\δ},$ 其中为回弹补偿前圆心角、为回弹补偿前圆角半径值、K为展开系数、δ为材料厚度，可由《航空制造工程手册》飞机模线样板分册(航空工业出版社，1993年出版)中计算展开长度用K值表中查询；

步骤d：对弯边圆角区截面线(i＝1,2,…,n)，依据计算所得的回弹补偿后圆心角和回弹补偿后半径计算回弹补偿后圆角区截面线末端点为P_i ^O′，将凸缘区截面线由重合点P_i ^O向的末端点P_i ^O'移动使P_i ^O与P_i ^O'重合，绕点P_i ^O′将凸缘区截面线旋转使得与在点P_i ^O′切线连续，得到旋转后凸缘截面线由圆角区截面线和凸缘截面线共同构成回弹补偿后截面线

步骤e：使用CATIA V5软件创成式外形设计模块中多截面曲面定义功能，依次选择回弹补偿后的外形截面曲线段(i＝1,2,…,n)，生成回弹补偿后零件外形面S^RO'。

步骤二：对零件内缘弯边加强边外形扩展面进行回弹补偿计算，构造内缘弯边加强边回弹补偿外形面具体步骤如下：

步骤a：提取零件内缘弯边加强边的圆角面和弯边凸缘面构成弯边外形面提取弯边外形面凸缘区边界线将弯边外形面沿凸缘区边界线扩展10-15mm，构成零件内缘弯边加强边扩展面提取弯边扩展面两端头边界线将扩展面沿分别向外扩展10-15mm构成零件内缘弯边加强边扩展外形面

步骤b：利用步骤一中的b步骤方法，构造内缘弯边加强边扩展外形面弯边线的离散点(j＝1,2,…,n₂)及弯边线法平面由弯边线法平面与加强边扩展外形面构造弯边截面线其圆角区截面线和凸缘区截面线重合于对圆角区截面线进行回弹补偿计算；

步骤c：利用步骤一中的c步骤方法，计算任一圆角区截面线回弹补偿后圆心角为依据弧长不变原理，计算对应回弹补偿后圆角半径为 $R_{2j}^{I^{\′}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_i^I}{{\mathrm{\θ}}_{2j}^{I^{\′}}}{R}_{2j}^W+\frac{{\mathrm{\Φ}}^I}{{\mathrm{\θ}}_{2j}^{I^{\′}}}\mathrm{K\δ};$

步骤d：利用步骤一中的d步骤方法，逐一对圆角区截面线进行回弹补偿及凸缘区截面线进行平移旋转，重新构造回弹补偿后弯边外形截面曲线段(j＝1,2,…,n₂)；使用CATIA V5软件创成式外形设计模块中多截面曲面定义功能，依次选择回弹补偿后的外形截面曲线段生成回弹补偿后的内缘弯边加强边外形面

步骤三：接合回弹补偿后的内缘弯边加强边外形面与零件内缘弯边F₁ ^I外形面，在结合形面的基础上进行回弹补偿计算与重构，具体步骤如下：

步骤a：提取零件内缘弯边F₁ ^I的圆角面和弯边凸缘面构成内缘弯边外形面结合与构成零件内缘弯边扩展外形面S^RI；

步骤b：利用步骤一中的b步骤方法，构造零件内缘弯边扩展外形面S^RI弯边线L^WI的离散点(k＝1,2,…,n₁)及弯边线法平面由弯边线法平面与零件内缘弯边扩展外形面S^RI构造弯边截面线其圆角区截面线和凸缘区截面线重合于P_k ^I，对圆角区截面线进行回弹补偿计算；

步骤c：利用步骤一中的c步骤方法，计算任一圆角区截面线回弹补偿后圆心角为依据弧长不变原理，计算回弹补偿后圆角半径为 $R_k^{I^{\′}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_k^I}{{\mathrm{\θ}}_k^{I^{\′}}}{R}_i^I+\frac{{\mathrm{\Φ}}^I}{{\mathrm{\θ}}_k^{I^{\′}}}\mathrm{K\δ};$

步骤d：利用步骤一中的d步骤方法，逐一对圆角区截面线进行回弹补偿及凸缘区截面线进行平移旋转，重新构造回弹补偿后弯边外形截面曲线段(k＝1,2,…,n₁)；使用CATIA V5软件创成式外形设计模块中多截面曲面定义功能，依次选择回弹补偿后的外形截面曲线段生成回弹补偿后的内缘弯边加强边外形面S^RI'。

本发明的有益效果在于：本方法适用于S形截面无下陷变曲率飞机框肋弯边零件，提出了基于一种基于弯边外形面、采用单一补偿值的回弹补偿计算方法。

附图说明

图1是S截面大型框肋零件实例，

图2是实例零件的外缘弯边外形扩展面，

图3是实例零件的外缘弯边外形扩展面截面离散曲线，

图4是外缘弯边扩展面离散截面线回弹补偿结果，

图5是实例零件外缘弯边外形扩展面回弹补偿结果，

图6是实例零件的内缘弯边二次加强边外形扩展面，

图7是实例零件的内缘弯边二次加强边外形扩展面离散曲线，

图8是内缘弯边二次加强边截面离散线回弹补偿结果，

图9是内缘弯边二次加强边回弹补偿结果，

图10是实例零件的内缘弯边外形扩展面，

图11是实例零件的内缘弯边外形扩展面截面离散曲线，

图12是内缘弯边扩展面离散截面线回弹补偿结果，

图13是实例零件内缘弯边扩展面回弹补偿结果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

实施例：参见图1至图13。

一种S截面无下陷飞机框肋类钣金零件回弹补偿计算方法，其方法步骤如下：

步骤一：基于零件外缘弯边F^O建立的外缘弯边扩展面S^RO，在S^RO基础上进行回弹补偿计算后重构外形面，具体步骤如下：

步骤a：提取零件外缘弯边F^O的圆角面S^RA和弯边凸缘面S^RF构成弯边外缘弯边外形面S^O；提取S^O凸缘区边界线L^OU，将弯边外形面沿凸缘区边界线L^OU扩展10-15mm，构成零件外缘弯边扩展面S^O'；提取外缘弯边扩展面S^O'两端头边界线 将扩展面S₁ ^O沿分别向外扩展10-15mm构成零件外缘弯边扩展外形面S^RO；

步骤b：提取外缘弯边扩展外形面S^RO的弯边线L^WO，以离散间距为d对L^WO进行离散，形成离散点P_i ^WO(i＝1,2,…,n)；过离散点P_i ^WO构造弯边线法平面F_i ^NO(i＝1,2,…,n)与弯边扩展外形面S^RO相交构成弯边外形面截面曲线段由圆角区截面线和凸缘区截面线(i＝1,2,…,n)构成，圆角区截面线与凸缘区截面线重合于点P_i ^O，对圆角区截面线进行回弹补偿计算；

步骤c：对弯边圆角区截面线(i＝1,2,…,n)，考虑材料厚度、弯边弯曲半径弯曲角度的基础上由数值模拟或工程经验值确定回弹角度为弯边补偿角度Φ^W取各个截面线回弹角度之和的平均值，即计算弯边圆角区截面线回弹补偿后圆心角为c；依据弧长不变原理，计算回弹补偿后圆角半径为 $R_i^{W^{\′}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_i^W}{{\mathrm{\θ}}_i^{W^{\′}}}{R}_i^W+\frac{{\mathrm{\Φ}}^W}{{\mathrm{\θ}}_i^{W^{\′}}}\mathrm{K\δ},$ 其中为回弹补偿前圆心角、为回弹补偿前圆角半径值、K为展开系数、δ为材料厚度，可由《航空制造工程手册》飞机模线样板分册(航空工业出版社，1993年出版)中计算展开长度用K值表中查询；

步骤d：对弯边圆角区截面线(i＝1,2,…,n)，依据计算所得的回弹补偿后圆心角和回弹补偿后半径计算回弹补偿后圆角区截面线末端点为P_i ^O′，将凸缘区截面线由重合点P_i ^O向的末端点P_i ^O'移动使P_i ^O与P_i ^O'重合，绕点P_i ^O′将凸缘区截面线旋转使得与在点P_i ^O′切线连续，得到旋转后凸缘截面线由圆角区截面线和凸缘截面线共同构成回弹补偿后截面线

步骤e：使用CATIA V5软件创成式外形设计模块中多截面曲面定义功能，依次选择回弹补偿后的外形截面曲线段(i＝1,2,…,n)，生成回弹补偿后零件外形面S^RO'。

步骤二：对零件内缘弯边加强边外形扩展面进行回弹补偿计算，构造内缘弯边加强边回弹补偿外形面具体步骤如下：

步骤a：提取零件内缘弯边加强边的圆角面和弯边凸缘面构成弯边外形面提取弯边外形面凸缘区边界线将弯边外形面沿凸缘区边界线扩展10-15mm，构成零件内缘弯边加强边扩展面提取弯边扩展面两端头边界线将扩展面沿分别向外扩展10-15mm构成零件内缘弯边加强边扩展外形面

步骤b：利用步骤一中的b步骤方法，构造内缘弯边加强边扩展外形面弯边线的离散点(j＝1,2,…,n₂)及弯边线法平面由弯边线法平面与加强边扩展外形面构造弯边截面线其圆角区截面线和凸缘区截面线重合于对圆角区截面线进行回弹补偿计算；

步骤c：利用步骤一中的c步骤方法，计算任一圆角区截面线回弹补偿后圆心角为依据弧长不变原理，计算对应回弹补偿后圆角半径为 $R_{2j}^{I^{\′}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_i^I}{{\mathrm{\θ}}_{2j}^{I^{\′}}}{R}_{2j}^W+\frac{{\mathrm{\Φ}}^I}{{\mathrm{\θ}}_{2j}^{I^{\′}}}\mathrm{K\δ};$

步骤d：利用步骤一中的d步骤方法，逐一对圆角区截面线进行回弹补偿及凸缘区截面线进行平移旋转，重新构造回弹补偿后弯边外形截面曲线段(j＝1,2,…,n₂)；使用CATIA V5软件创成式外形设计模块中多截面曲面定义功能，依次选择回弹补偿后的外形截面曲线段生成回弹补偿后的内缘弯边加强边外形面

步骤三：接合回弹补偿后的内缘弯边加强边外形面与零件内缘弯边F₁ ^I外形面，在结合形面的基础上进行回弹补偿计算与重构，具体步骤如下：

步骤a：提取零件内缘弯边F₁ ^I的圆角面和弯边凸缘面构成内缘弯边外形面结合与构成零件内缘弯边扩展外形面S^RI；

步骤b：利用步骤一中的b步骤方法，构造零件内缘弯边扩展外形面S^RI弯边线L^WI的离散点(k＝1,2,…,n₁)及弯边线法平面由弯边线法平面与零件内缘弯边扩展外形面S^RI构造弯边截面线其圆角区截面线和凸缘区截面线重合于P_k ^I，对圆角区截面线进行回弹补偿计算；

步骤c：利用步骤一中的c步骤方法，计算任一圆角区截面线回弹补偿后圆心角为依据弧长不变原理，计算回弹补偿后圆角半径为 $R_k^{I^{\′}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_k^I}{{\mathrm{\θ}}_k^{I^{\′}}}{R}_i^I+\frac{{\mathrm{\Φ}}^I}{{\mathrm{\θ}}_k^{I^{\′}}}\mathrm{K\δ};$

步骤d：利用步骤一中的d步骤方法，逐一对圆角区截面线进行回弹补偿及凸缘区截面线进行平移旋转，重新构造回弹补偿后弯边外形截面曲线段(k＝1,2,…,n₁)；使用CATIA V5软件创成式外形设计模块中多截面曲面定义功能，依次选择回弹补偿后的外形截面曲线段生成回弹补偿后的内缘弯边加强边外形面S^RI'。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例之一也，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种S截面无下陷飞机框肋类钣金零件回弹补偿计算方法，其方法步骤如下：

步骤一：基于零件外缘弯边F^O建立的外缘弯边扩展面S^RO，在S^RO基础上进行回弹补偿计算后重构外形面，具体步骤如下：

步骤a：提取零件外缘弯边F^O的圆角面S^RA和弯边凸缘面S^RF构成弯边外缘弯边外形面S^O；提取S^O凸缘区边界线L^OU，将弯边外形面沿凸缘区边界线L^OU扩展10-15mm，构成零件外缘弯边扩展面S^O'；提取外缘弯边扩展面S^O'两端头边界线将扩展面S₁ ^O沿分别向外扩展10-15mm构成零件外缘弯边扩展外形面S^RO；

步骤b：提取外缘弯边扩展外形面S^RO的弯边线L^WO，以离散间距为d对L^WO进行离散，形成离散点过离散点构造弯边线法平面与弯边扩展外形面S^RO相交构成弯边外形面截面曲线段由圆角区截面线和凸缘区截面线构成，圆角区截面线与凸缘区截面线重合于点对圆角区截面线进行回弹补偿计算；

步骤c：对弯边圆角区截面线考虑材料厚度、弯边弯曲半径弯曲角度的基础上由数值模拟或工程经验值确定回弹角度为弯边补偿角度Φ^W取各个截面线回弹角度之和的平均值，即计算弯边圆角区截面线回弹补偿后圆心角为c；依据弧长不变原理，计算回弹补偿后圆角半径为其中为回弹补偿前圆心角、为回弹补偿前圆角半径值、K为展开系数、δ为材料厚度，可由《航空制造工程手册》飞机模线样板分册(航空工业出版社，1993年出版)中计算展开长度用K值表中查询；

步骤d：对弯边圆角区截面线依据计算所得的回弹补偿后圆心角和回弹补偿后半径计算回弹补偿后圆角区截面线末端点为将凸缘区截面线由重合点向的末端点移动使与重合，绕点将凸缘区截面线旋转使得与在点切线连续，得到旋转后凸缘截面线由圆角区截面线和凸缘截面线共同构成回弹补偿后截面线

步骤e：使用CATIA V5软件创成式外形设计模块中多截面曲面定义功能，依次选择回弹补偿后的外形截面曲线段生成回弹补偿后零件外形面S^RO'。

步骤二：对零件内缘弯边加强边外形扩展面进行回弹补偿计算，构造内缘弯边加强边回弹补偿外形面具体步骤如下：

步骤a：提取零件内缘弯边加强边的圆角面和弯边凸缘面构成弯边外形面提取弯边外形面凸缘区边界线将弯边外形面沿凸缘区边界线扩展10-15mm，构成零件内缘弯边加强边扩展面提取弯边扩展面两端头边界线将扩展面沿分别向外扩展10-15mm构成零件内缘弯边加强边扩展外形面

步骤b：利用步骤一中的b步骤方法，构造内缘弯边加强边扩展外形面弯边线的离散点及弯边线法平面由弯边线法平面与加强边扩展外形面构造弯边截面线其圆角区截面线和凸缘区截面线重合于对圆角区截面线进行回弹补偿计算；

步骤c：利用步骤一中的c步骤方法，计算任一圆角区截面线回弹补偿后圆心角为依据弧长不变原理，计算对应回弹补偿后圆角半径为 $R_{2j}^{I^{\′}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_i^I}{{\mathrm{\θ}}_{2j}^{I^{\′}}}{R}_{2j}^W+\frac{{\mathrm{\Φ}}^I}{{\mathrm{\θ}}_{2j}^{I^{\′}}}\mathrm{K\δ};$

步骤d：利用步骤一中的d步骤方法，逐一对圆角区截面线进行回弹补偿及凸缘区截面线进行平移旋转，重新构造回弹补偿后弯边外形截面曲线段使用CATIA V5软件创成式外形设计模块中多截面曲面定义功能，依次选择回弹补偿后的外形截面曲线段生成回弹补偿后的内缘弯边加强边外形面

步骤三：接合回弹补偿后的内缘弯边加强边外形面与零件内缘弯边外形面，在结合形面的基础上进行回弹补偿计算与重构，具体步骤如下：

步骤a：提取零件内缘弯边的圆角面和弯边凸缘面构成内缘弯边外形面结合与构成零件内缘弯边扩展外形面S^RI；

步骤b：利用步骤一中的b步骤方法，构造零件内缘弯边扩展外形面S^RI弯边线L^WI的离散点及弯边线法平面由弯边线法平面与零件内缘弯边扩展外形面S^RI构造弯边截面线其圆角区截面线和凸缘区截面线重合于对圆角区截面线进行回弹补偿计算；

步骤c：利用步骤一中的c步骤方法，计算任一圆角区截面线回弹补偿后圆心角为依据弧长不变原理，计算回弹补偿后圆角半径为 $R_k^{I^{\′}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_k^I}{{\mathrm{\θ}}_k^{I^{\′}}}{R}_i^I+\frac{{\mathrm{\Φ}}^I}{{\mathrm{\θ}}_k^{I^{\′}}}\mathrm{K\δ};$

步骤d：利用步骤一中的d步骤方法，逐一对圆角区截面线进行回弹补偿及凸缘区截面线进行平移旋转，重新构造回弹补偿后弯边外形截面曲线段使用CATIA V5软件创成式外形设计模块中多截面曲面定义功能，依次选择回弹补偿后的外形截面曲线段生成回弹补偿后的内缘弯边加强边外形面S^RI'。