Метод расчета рационального многоточечного формообразования панели в режиме ползучести
Автор: Константин Сергеевич Бормотин
Соавторы: Вин Аунг, Сверкунов Ю.А.
Организация: Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Комсомольский-на-Амуре государственный университет»
В последнее время в авиастроении в качестве деталей все больше применяются крупногабаритные монолитные и монолитно-сборные панели, которые позволяют повысить прочность и жесткость конструкций с одновременным снижением массы и улучшением аэродинамических характеристик. Задание аэродинамической формы таких монолитных панелей проводится процессами формообразования, осуществляющихся в режимах пластического деформирования, как при обычных, так и при повышенных температурах [1]. Формирование в режиме ползучести и при напряжениях, не превышающих предела упругости материала, обеспечивает более высокий остаточный прочностной ресурс по сравнению с методом обычной холодной штамповки [2]. Экспериментальные результаты позволяют отождествить работу рассеяния с параметром поврежденности [2]. В этом случае процессы формообразования позволяют управлять уровнем поврежденности материала, согласовывать с технологическими ограничениями, за счет оптимального выбора пути деформирования во времени [3].
В качестве примера, рассматривается формование изделий из листов и панелей, с помощью реконфигурируемого стержневого пуансона (матрицы), позволяющего изменять форму заготовки. Точность формы и качество детали, полученной технологиями обработки материалов давлением при заданных параметрах процесса, зависит от точности вычисленной формы оснастки с законом изменения в процессе деформирования, задающей упреждающую форму (рис.1.). Упреждающая форма должна обеспечивать заданную остаточную кривизну панели после освобождения ее от силовой оснастки.
Задача деформирования в ползучести c контактными условиями решается методом конечных элементов. В качестве критерия оптимизации принимается накопленная в процессе деформирования работа рассеяния. Учитывая дискретные по времени уравнения пошаговой процедуры интегрирования и минимизируемую функцию, формулируется дискретная задача оптимального управления. Данная задача решается методом динамического программирования.
Таким образом, разработанный численный метод позволяет находить рациональные процессы формообразования не только для идеальной пластинки или оболочки, но и для таких деталей, как панели крыла.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (16-31-60038 мол_а_дк), совета по грантам Президента РФ (МД-4117.2018.1).
1. Аннин Б.Д., Олейников А.И., Бормотин К.С. Моделирование процессов формообразования панелей крыла самолета SSJ-100 // Прикладная механика и техническая физика. 2010. Т.51. №4. С. 155-165.
2. Соснин О.В., Никитенко А.Ф., Горев Б.В. К обоснованию энергетического варианта теории ползучести и длительной прочности металлов // Прикладная механика и техническая физика. 2010. 51. № 4. 188–197.
3. Бормотин К.С., Олейников А.И. Вариационные принципы и оптимальные решения обратных задач изгиба пластин при ползучести // Прикладная механика и техническая физика. 2012. № 5. 136–146.