Моделирование процесса формообразования монолитных панелей с помощью ANSYS

Abstract

Рассмотрен метод правки и доводки формы ребристых панелей локальным деформированием ребер панели с применением изгибающих моментов. Показано, что применяемым в производстве методам формообразования характерна низкая производительность, несовершенство контроля формы поверхности после формообразования, сложность моделирования совместного деформирования полотна и ребер панелей на этапе проектирования технологического процесса. Целью исследования является моделирование правки и доводки формы ребристых панелей многоточечным деформированием с применением разработанных устройств локальных воздействий. Предложено существенно уменьшить зону деформирования ребра и угол гибки путем использования метода, в котором деформирование выполняется двумя моментами, приложенными к двум участкам ребра и направленными навстречу друг другу. Это позволяет существенно уменьшить угол пружинения и расширить технологические возможности оборудования. Выполнено моделирование процесса с применением МКЭ в программном комплексе ANSYS для случая разового воздействия на ребро панели, а также случая выполнения косого перегиба панелей с оребрением. В расчете использовались две пары сил для осуществления воздействий на образец панели и создания изгибающих моментов. Задачу анализа локального НДС при формообразовании панели рассматривали как квазистатическую. Построены графики деформаций, напряжений и прогибов образца панели в момент действия нагрузки и после снятия нагрузки. Подтверждена математическая модель и результаты моделирования локального метода процессов правки и доводки формы панелей, а также косого изгиба панелей крыла самолета. Результаты моделирования сравнивались с результатами, полученными при формообразовании образца панели из алюминиевого сплава локальным деформированием в устройстве. Показано, что локальный метод формообразования приложением местных изгибающих моментов к ребрам панели позволяет достигать высокой точности формы панелей путем выполнения коррекции разовых воздействий.The method of straightening and finishing of the ribbed panels shape by local deformation of the panel ribs by applying bending moments is considered. It is shown that conventional industrial shaping methods possess low production capacity, imperfection of the surface shape c ontrol after the shaping, complexity of modeling of the mutual deformation of the skin and ribs of the panels during the technological process design. The goal of the research is modeling of the straightening and finishing of the ribbed panels shape by multi-local deformation by means of the designed local-impact tool. It is proposed to significantly reduce the deformation zone of the rib and the bending angle by implementing the method in wh ich the deformation is caused by two bending moments applied to two sections of the rib towards each other. It allows to significantly reduce the springback angle and expand technological capabilities of the equipment. The FEM modeling of the process is performed in ANSYS for the single rib impact case as well as the oblique bending of the ribbed panel. In the simulation, two force couples are applied to the sections of the rib to mimic the impact of the experimental tool. The local stress-strain state during the shaping of the panel is analyzed as a quasi-static problem. The strains, stresses, and deflections of the panel sample under the load and their residual values are obtained and plotted. The mathematical model and the results of the FEM simulation of the local method of finishing and straightening processes as well as oblique bending of an aircraft wing panels are validated. The simulation results are compared with the experimental results where the aluminum alloy panel sample was formed by applying the local deformation technique using the tool. It is shown that the local forming method with the specific ally applied bending moments to the ribs of the panel allows to achieve high tolerance of the panel shape by accomplishing the correction of the single impacts.