整体壁板结构弯曲成形分析的等效塑性模型

整体 壁板结 构 由于 重量 轻 、 刚度 大 、 率 高 、 效 密 封性 能好 以及 可靠性 高等优 点 ， 在飞机 机身 机翼 、 火 箭贮 箱 、 间站 密封 舱 中作 为 主结 构 得 到 了广 泛 应 空
收稿 日期 ：０ １ ４７ 修回 日期 ：０２ ９—９ ２ １ ￣９ ； ９ ２ １ ４３２ 基金项 目： 国家科技重大专项载人航天三期工程
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式 中 Ｅ 为平板 材料 弹性模 量 ， 为初 始屈 服应变 ， 为初 始屈 服应 力 ， Ｄ 为线 性强 化模 量 。 平板 弯 曲 ， 外层 表面应 力最 大 ， 当满足 ：
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（） ２
时， 平板 进入塑 性 变形 阶段 ， 中 为平 板 厚 度 ， 式 Ｐ
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８０ １
宇 航 学 报
第３ ３卷
大 型空 间站密 封舱 等 高加 筋 壁 板 结构 ， 构 参 数设 结 计并 没有考 虑其 可 成 形性 ， 容 易 导 致筋 条 在 成 形 这 过程 中发 生断裂 或 失 稳 。 因此 ， 整体 壁 板 成 形 对 进行 弹塑性 力学 分 析 ， 壁板 结 构 设计 与成 形 工 艺 对 参 数设计很 有 必要 。
根 据 不 同 的 等 效 方 法 提 出 了 很 多 弹 性 等 效 模 型 。 ， 但这 些模 型都建 立在 弹性变 形 的基础 上 ， 不 能用 于塑性 变形 问题 。 整 体壁 板 成 形涉 及 几何 非 线性 、 材料 非线 性 和
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０ 引 言
用 。但 整 体 加 筋 给 壁 板 成 形 带 来 了 很 大 的 困 难 。压 弯 、 弯等 机 械 弯 曲 成 形作 为我 国航 空 卜 滚 航 天工程 领域 采用最 多 的成形 方式 ， 有设 备简 单 、 具 成本 低 、 期 短等 优点 ， 成 形 效 率 和精 度 较 低 ， 周 但 工 艺参 数 的确定 主要依 赖大 量试 验和工 程经 验 。对于
考虑 了材料塑性变形强化效应 ， 将整体壁板简化 为某一虚拟材料 的平板进行弹塑性 弯曲等效分析 。压 弯和滚弯成
形数值算例分析表 明： 工程 常用 的弯 曲半径范 围内 ， 在 变形计 算误 差在 ３ ５ ． ％以 内， 应力 误差在 ５ 以内； ％ 等效模型 大大减小 了建模 时间和资源 ， 计算效率提高 了 ７ ％以上 ， ０ 且计算易 收敛 ； 等效模 型可 以替代 详细模 型 ， 大型整体 为
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第３ ３卷 第 ６期 ２１ ０ ２年 ６月
宇 航
学
报
Ｖｏ ． ３ Ｎ０ ６ １３ ．
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２ １ ０２
整 体 壁 板 结构 弯 曲成 形分 析 的等 效 塑 性模 型
赖 松 柏 ，于登 云 陈 同祥 ，
接 触 问题 ， 其进行 力学 仿真存 在建模 工作 量大 、 对 计 算 资 源 消 耗 大 、 算 时 间 长 、 易 收 敛 等 问题 。 因 计 不 此 ， 于需要 大量 反 复建 模 和仿 真 计 算 的结 构 及 工 对 艺 参数 优化难 度很 大 ， 必 要对 整 体 壁 板 弯 曲成 形 有
壁板 结构 参数及工艺参数优化 、 大型复 杂形状壁板成形提供 了快捷 的分析方法 。
关键 词 ：整体壁板结构 ；弯 曲成形 ；等效塑性模型 ；塑性变形强化 ；回弹
中 图 分 类 号 ：Ｖ ６ ４ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１０ —３８ ２ １ ）６０ ０ －７ ０ ０１２ （０ ２ ０ －８９ ０
：
壁板 结 构 通 常整 体 尺寸 很大 ， 加 筋 和蒙 皮 的 但 厚 度较小 ， 在数 值分 析 中 ， 需 的建模 工作量 和计 算 所
资 源较大 。 为了分 析 的 简单 便捷 ， 尤其 在 结 构 初 步
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（） １
设计 和分 析 中 ， 工程 人 员 希望 通 过 某 种 等效 方 法将 加 筋均匀 平铺 （ｍｅｒｄｏｔ在蒙 皮 上 ， 过 平 板 的 ｓ ａｅ ｕ） 通 理 论和方 法来 快速地 分析 整体加 筋壁 板性 能 。学 者
（ ．中 国空 间 技 术 研 究 院 ，北 京 １０ ９ ； ．中 国航 天 科 技 集 团公 司 ，北 京 １０４ ） １ ００４ ２ ０ ０ ８
摘
要 ：大型整体壁板结构参数及成形工艺参数优化需要对 壁板 成形 进行 大量 的非线性 仿真计算 ， 详细模型
在计算 时间和资源 消耗方面难 以接受 ， 且不 易收敛 。通过 弹塑性力学及 回弹分析 ， 基于应力 和回弹后 的变形 等效 ，
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析， 等效平 板和整 体壁 板还 应该保 持相 同的厚度 ， 且
同时开始 屈服 。于 是 ， 等效 模 型 的建 立关 键 在 于计 算 推
等效模 型 的虚拟 材料参 数 。 １２ 平板 弯 曲成 形应力 应变 及成 形半径 分 析 ． 材料 本构关 系采 用 线性 强化 模 型 ］ 其 应 力 应 ， 变满 足 以下关 系 ：
ＤＯ ： ０ ３ ７ ／．ｓｎ １ ０ —３ ８ ２ １ ．６ Ｏ ８ Ｉ １ ．８３ ｊｉ ．０ ０１２ ．０２ ０ ． １ ｓ
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