航空钣金模具设计研究.doc

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1、航空钣金模具设计研究摘要：采用有限元分析算法来设计钣金模具，重点解决凸凹模问题，较好解决拉深中的断裂和起皱，具有较高的应用价值。关键词：钣金模具；有限元；设计在航空制造领域，钣金零部件应用非常广泛。钣金零部件一般包括蒙皮类、梁类、框肋类和壁板类等几大类。钣金零部件是飞机整机结构中最重要和最关键的零部件，大约占飞机所有零部件总数的50%以上。在航空制造过程中，钣金零部件由于具有质量好和成本低的优点，应用比例越来越高。由于航空制造业的特殊性，钣金零部件体积一般都非常大，形状多以自由曲面等复杂形状居多，导致设计及数控加工的难度倍增，这也一定程度决定了钣金模具的设计周期非常长和

2、设计难度非常大。如何提高钣金模具的设计质量和降低设计工作的劳动强度，同时提高设计效率，是摆在钣金模具设计工程师面前的一大难题。在飞机钣金模具设计中，具有钣金零部件种类繁多并且形状复杂的特点，一般生产批量非常小和批次多，且随着现代航空技术的发展，飞机钣金零部件自由曲面和形状不规则的所占比例越来越高，这就导致了钣金模具设计工程师工作任务非常重。目前的钣金模具设计技术与达到实用化水平还有很大差距[1]，钣金模具设计的很多瓶颈问题还未攻克。1有限元分析简介有限元分析最初是应用于航空器的结构强度计算的[2]，随着计算机技术的高速发展，有限元分析算法由于其效率高的优点几乎应用于所有

3、的科学和工程计算领域，是当今工程界应用最为广泛的数值分析算法，它具有比较好的通用性和有效性，在机械设计领域也应用十分广泛。有限元分析是基于变分原理的一种求解数学物理问题的数值计算方法，采用的基本数学思想是将连续的求解域离散成为一组有限单元的组合体，这些组合体能无限逼近求解域，找到最优解。有限元分析的计算步骤分为3步：1）预处理。根据具体的工程问题要定义求解模型，一般包括这些方面：定义几何区域、定义单元类型、定义单元的材料属性、定义单元的几何属性、定义单元的连通性、定义单元的基函数、定义边界条件、定义载荷。4航空钣金模具设计研究摘要：采用有限元分析算法来设计钣金模具，重点

4、解决凸凹模问题，较好解决拉深中的断裂和起皱，具有较高的应用价值。关键词：钣金模具；有限元；设计在航空制造领域，钣金零部件应用非常广泛。钣金零部件一般包括蒙皮类、梁类、框肋类和壁板类等几大类。钣金零部件是飞机整机结构中最重要和最关键的零部件，大约占飞机所有零部件总数的50%以上。在航空制造过程中，钣金零部件由于具有质量好和成本低的优点，应用比例越来越高。由于航空制造业的特殊性，钣金零部件体积一般都非常大，形状多以自由曲面等复杂形状居多，导致设计及数控加工的难度倍增，这也一定程度决定了钣金模具的设计周期非常长和设计难度非常大。如何提高钣金模具的设计质量和降低设计工作的劳动强

5、度，同时提高设计效率，是摆在钣金模具设计工程师面前的一大难题。在飞机钣金模具设计中，具有钣金零部件种类繁多并且形状复杂的特点，一般生产批量非常小和批次多，且随着现代航空技术的发展，飞机钣金零部件自由曲面和形状不规则的所占比例越来越高，这就导致了钣金模具设计工程师工作任务非常重。目前的钣金模具设计技术与达到实用化水平还有很大差距[1]，钣金模具设计的很多瓶颈问题还未攻克。1有限元分析简介有限元分析最初是应用于航空器的结构强度计算的[2]，随着计算机技术的高速发展，有限元分析算法由于其效率高的优点几乎应用于所有的科学和工程计算领域，是当今工程界应用最为广泛的数值分析算法，它

6、具有比较好的通用性和有效性，在机械设计领域也应用十分广泛。有限元分析是基于变分原理的一种求解数学物理问题的数值计算方法，采用的基本数学思想是将连续的求解域离散成为一组有限单元的组合体，这些组合体能无限逼近求解域，找到最优解。有限元分析的计算步骤分为3步：1）预处理。根据具体的工程问题要定义求解模型，一般包括这些方面：定义几何区域、定义单元类型、定义单元的材料属性、定义单元的几何属性、定义单元的连通性、定义单元的基函数、定义边界条件、定义载荷。42）求解过程。求解的原理是采用加权残值和泛函极值等两种方法，利用数值离散技术，将单元封装到整个离散域的总矩阵方程中，封装是在相邻

7、的单元节点完成的，状态变量及导数的连续性是建立在上面的节点处，总矩阵方程的求解可以用直接法和迭代法两种，求解结果是单元节点处状态变量的无限近似值。3）求解值的评价。要对所有的解依据科学的准则进行分析和评价，对所有解进行分析和评价是为了后面工程设计中更好地应用这些结果。2钣金模具快速设计系统航空钣金模具数学建模的思想是先根据钣金零部件的几何属性来确定型面曲面[3]，然后再根据曲面分割参数化后的实体模型（实体模型是根据钣金零部件的曲面轮廓进行参数化变换来的）导出模具的模体。钣金零部件在拉深时，尤其是球型类的零部件，毛坯会有塑性变形发生，当最开