Разработка модели и исследование процесса синхронного складывания заполнителя авиационных панелей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.02, кандидат технических наук Петрушенко, Руслан Юрьевич

• Петрушенко, Руслан Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Петрушенко, Руслан Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Технологические схемы синхронного формообразования зетгофра

1.2. Особенности гофрирования трансформируемым формообразующим узлом

1.3. Способы подвода усилий формообразования.

1.4. Особенности получения заполнителя типа зетгофр из полимерных композиционных материалов.

1.5. Постановка задач исследования.

Глава 2. ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА

СИНХРОННОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ЗЕТГОФРА

2.1. Постановка задач геометрического анализа.

2.2. Векторная модель процесса.

2.3. Влияние нарушения симметрии относительно пилообразных линий или асимметричного позиционирования матриц.

2.4. Влияние взаимного смещения трансформируемых матриц на форму рельефа зетгофра.

2.5. Определение параметров разметки и настройки трансформируемых матриц.

2.6. Анализ влияния исполнительных и настроечных параметров оснастки на процесс формирования гофра.

2.7. Одноматричная схема формообразования.

Выводы к главе.

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ФОРМООБРАЗУЮЩЕГО УЗЛА НА ГЕОМЕТРИЮ РЕЛЬЕФА ЗЕТГОФРА

3.1. Зависимости образования размеров детали от радиуса скругления в узловой зоне.

3.2. Планирование эксперимента.

3.2.1. Выбор существенных факторов. «Параметрический крест».

3.2.2. Области определения факторов. Построение плана эксперимента.

3.3. Пятиэтапный эксперимент.

3.4. Анализ результатов экспериментальных исследований.

3.5. Корректирование размеров трансформируемых матриц.

Выводы к главе.

Глава 4. РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ЗЕТГОФРА.

4.1. Модели механики деформирования заготовки

4.2. Расчетные исследования.

4.3. Анализ результатов численного эксперимента.

4.4. Расчет деформированного состояния заготовки с учетом пластических деформаций.

Выводы к главе.

Глава 5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТ.

5.1. Принципиальная схема установки.

5.2. Описание конструкции установки.

5.3. Работа установки.

5.4. Внедрение результатов диссертационной работы.

Выводы к главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка модели и исследование процесса синхронного складывания заполнителя авиационных панелей»

В конструкции некоторых перспективных самолетов и вертолетов предусматривается значительный объем использования многослойных панелей с легким заполнителем. Возникают новые направления их применения, меняется акцент в отношении требований к конструктивно-технологическим характеристикам. Все это стимулирует поиск новых видов заполнителей, в том числе с новой нестандартной архитектурой и соответственно технологией их изготовления.

В этой связи значительными потенциальными возможностями обладают складчатые конструкции (СК). Они представляют собой рельефные структуры, разворачивающиеся на плоскость, и могут быть изготовлены с помощью операций гибки (складывания), без вытяжки и нарушения целостности материала. Можно предположить, что при больших объемах применения сэндви-чевых панелей в планере летательных аппаратов легкие СК будут обладать определенными преимуществами перед традиционными заполнителями. В первую очередь, это возможность удаления конденсата, отсутствие соединений между структурными элементами, возможность изготовления из широкого спектра материалов, включая твердолистовые, композиционные и гибридные. Кроме того, следует ожидать, что техпроцесс и оборудование для серийного производства СК будут существенно экономичнее, чем для существующих ячеистых заполнителей.

Наиболее простой в структурном плане и близкой для практического применения является СК типа зигзагообразный гофр (зетгофр). Типовой фрагмент его структуры состоит из четырех сопряженных по кромкам граней в форме параллелограммов.

Методы изготовления зетгофра из твердолистовых материалов можно разделить на две группы: синхронное и циклическое формообразование.

Настоящие исследования посвящены методу синхронного складывания. Этот метод заключается в одновременном (синхронном) формировании рельефа сразу по всей поверхности заготовки, чем и определяется его название.

При таком процессе формообразования одновременно возникает очень большое количество очагов деформирования, включая изгиб по отрезкам зигзагообразных и пилообразных линий, а также узловых зон пересечения этих отрезков. К тому же зоны деформирования при трансформировании детали (увеличении густоты рельефа) перемещаются в пространстве по сложным траекториям.

Следует отметить также, что гофрирование осуществляется с помощью трансформируемого формообразующего узла, так называемых трансформируемых матриц (ТМ). Трансформируемые матрицы являются многозвенным механизмом с большим количеством шарниров. Люфты в этих шарнирах могут вносить погрешность в настройку ТМ перед изготовлением детали. Естественно, что при реализации такого процесса ключевыми задачами является обеспечение точности зетгофра. Тем более что на высоту блока заполнителя накладывается достаточно жесткий допуск, так как от этого зависит прочность его соединения с обшивками.

Возникающие дефекты определяются отклонением геометрических параметров рельефа детали от номинального заданного, а также наличием радиусов скругления по ребрам и в узловых зонах пересечения ребер. Источники, вызывающие дефекты можно подразделить на три вида. Первые связаны с погрешностью размеров трансформируемого формообразующего узла. Вторые связаны с неточной настройкой и позиционированием этого узла. Третий вид определяется различным напряженно-деформированным состоянием заготовки в зависимости от ее жесткости, толщины и параметров рельефа зетгофра.

Как показывает практика, зетгофр может иметь параметры структуры, обеспечивающие благоприятные условия для формирования рельефа со стабильными размерами и скруглениями и наоборот.

Влияние этих многочисленных факторов на погрешность изготавливаемых деталей в настоящее время мало изучено. Поэтому исследования, направленные на повышение точности складчатого заполнителя являются актуальными.

Диссертация содержит комплекс теоретических и экспериментальных работ по созданию методик расчета, анализа и прогнозирования погрешностей, возникающих в процессе синхронного формообразования зетгофра, а также средств снижения этих погрешностей.

Научная новизна работы заключается:

- в разработке векторной модели процесса совместного трансформирования формообразующего узла и рельефной детали;

- в разработке методики для расчета погрешностей рельефа детали в зависимости от неточного позиционирования элементов формообразующего узла, а также погрешностей его изготовления;

- в экспериментально полученных зависимостях значений радиусов в узловых зонах детали от параметров формообразующего узла и жесткостных параметров заготовки;

- в построении расчетной модели для определения радиусов в узловых зонах и установлении закономерностей влияния геометрии оснастки на значения радиусов;

- в разработке новой технологической схемы формообразования зетгофра, основанной на применении только одной ТМ и гибкой диафрагмы, позволяющей устранить ряд причин, вызывающих погрешности при гофрировании по двухматричной схеме.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработана и изготовлена экспериментальная установка, реализующая новую технологическую схему гофрирования зетгофра; установлены закономерности, позволяющие прогнозировать погрешности рельефа детали в зависимости от отклонений технологических параметров процесса от номинальных; разработан расчетный комплекс, позволяющий рассчитывать значения радиусов в узлах рельефа детали.

Структурно диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованных источников.

Заключение диссертации по теме «Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов», Петрушенко, Руслан Юрьевич

10. Результаты работы внедрены при изготовлении опытных образцов зетгофра для исследований акустических свойств звукопоглощающих конструкций авиадвигателей и статической прочности многослойных панелей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Петрушенко, Руслан Юрьевич, 2006 год

1. Pat. 2123874 UK, Е 04 С 2/32.Structural sustems for panels, boards, shelves, and laminates/D.M.Mckay,S.J.Morgan (UK)//, 1984. Feb.8.

2. Pat. 3992162 USA, В 32 В 15/00. Sheet with alternate protrusions and recesses / L.V.Gewiss,V.France (USA)//, 1976. Nov. 16.

3. Егоров Ю. Без растяжений // Изобретатель и рационализатор. 1985, 3, С.17.

4. Зарипов Р. Гофрированные формы //Для умелых рук: Приложение к журналу "Юный техник", 1983, 8. С.13 16.

5. Волков А.И. "Курс Архитектоники промышленных форм и комбинаторика" в Харьковском художественно- промышленном институте //Техническая эстетика. 1971,9, С.22 24.

6. Волков А.И. Паркетирование торсового покрытия оболочки //Вопросы начертательной геометрии и ее приложение. Сб. научных статей. Вып.З. /Под ред. Г.К.Николаевского. - Харьков: Изд- во Харьковского университета, 1963, С.21 -24.

7. Даукантас Ф.Ф. Методика преподавания курса "Введение в художественное конструирование" //Техническая эстетика для производства. М.: Машиностроение, 1966, С.99 103.

8. А.с.975961 СССР, МКИ Е 04 С 2/36. Панель /А.В.Коротич, В.М.Поздникин, Е.С.Коротич (СССР)// Б.И.,1982. № 43.

9. A.c. 1070285 СССР, МКИ Е 04 С 2/32. Строительная панель /А.В.Коротич (СССР)// Б.И.,1984. № 4.

10. A.c. 1096354 СССР, МКИ Е 04 С 2/32. Ячеистый лист /А.В.Коротич, В .М.Поздникин (СССР)// Б.И.,1984. № 21.

11. А.с.1120078 СССР, МКИ Е 04 С 2/36. Панель /А.В.Коротич, В.И.Знаменский (СССР)// Б.И.,1984. № 39.

12. А.с. 1368402 СССР, МКИ Е 04 С 2/32. Складчатый лист криволинейного очертания /А.В.Коротич, В.И.Знаменский, А.С.Смирнов,В.Г.Урицкий (СССР)// Б.И.Д988. № 3.

13. А.с.1404611 СССР, МКИ Е 04 С 2/36. Строительная панель /А.В.Коротич, В.И.Знаменский, А.С.Смирнов, В.Г.Урицкий (СССР)// Б.И.,1988. №23.

14. Пат. 4106566 РФ (1Ш) В 21 О 13/08. Многослойная панель. /Закиров И. М., Никитин А. В.,Акишев Н. И.// Б.И., 2005. №19.

15. Пат. 106562 РФ (Щ В 29 С 53/24, 53/06, 59/02. Способ изготовления многослойной панели с зигзагообразным гофрированным заполнителем. /"АЭРБАС", Закиров И. М., Никитин А. В.,Акишев Н. И.// Б.И., 2005. №29.

16. Закиров И. М., Никитин А. В., Акишев Н. И. Исследование и разработка оборудования для изготовления заполнителя для многослойных панелей из нового материала. //26 Международная конференция "ЗАМРЕ", Париж, 2005, С.295-301

17. Халиулин В.И., Ицкович А.И., Назаров О.В. Экспериментальные исследования акустических панелей с зетгофром. //Сб. докл. XI Всесоюзной акустической конференции. М, 1991, С.48 - 51.

18. А.с.1646196 СССР, МКИ В 64 С 3/26. Многослойная панель /В.И.Халиулин, В.Е.Десятов (СССР)// Б.И., 1991. № 31.

19. А.с. 1768728 СССР, МКИ Е 04 С 2/32. Складчатый лист /В.И.Халиулин, В.Е.Десятов (СССР)// Б.И., 1992. № 38.

20. Пат. 2264918, МКИ В29/С59/00, B29D16/00. Способ изготовления рельефной детали с зигзагообразной гофрированной структур/ Халиулин В.И., Батраков В.В., Двоеглазов И.В., Меняшкин Д.Г. // Б.И., 2005. № 33.

21. Пат. 2057647 РФ, МКИ В 29 D 9/00 Способ изготовления заполнителя из композиционного материала /В.И.Халиулин, В.Е.Десятов// Б.И., 1996. №10.

22. V.I.Khaliuln &I.V.Dvoeglazov. Experimental equipment for isometric shaping of thin- walled relief structures. Machine tools, automation & robotics in mechanical engineering. International congress.Praha. // 20- 22.06.2000., p.68- 72

23. V.I.Khaliulin. Izometrictskoe formirovanje tonkostennych reljefunych konstrukcii. MEDZINARODNA KONFERENCIA «TECHNOLOGIA'99». // BRATISLAVA,1999. C.298-304

24. Пат. 2100119 МКИ В 21 Д 13/00, 13/02. Способ изготовления зигзагообразного гофра (Варианты) / В.И. Халиулин, Е.А.Скрипкин // Б.И., 1997. №36.

25. Пат. 2100120 МКИ В 21 Д 13/00, 13/02. Способ изготовления зигзагообразного гофра (Варианты) и устройство для его осуществления/ В.И. Халиулин, Е.А.Скрипкин // Б.И., 1997. №36.

26. А.с.474377 СССР, МКИ В 21 О 13/06. Устройство для гофрирования ленточного материала/Г.С.Антоненко, А.А.Бадамян, О.Н.Куропяткин и др. // Б.И., 1975. № 23.

27. Пат. 2256556, МКИ В29/С59/00, В29016/00. Способ изготовления заполнителя с зигзагообразной гофрированной структурой /Халиулин В.И. Двоеглазов И.В. Меняшкин Д.Г. Батраков В.В // Б.И., 2005. № 20.

28. Пат. 2238845, МКИ В 29 С 53/24, 53/06, 59/02. Способ изготовления складчатой конструкции. / Закиров И. М., Никитин А. В.,Акишев Н. И. // Б.И., 2004. №30.

29. Пат. 123517, МКИ В 21 Д 13/02. Способ гофрирования листового материала./ Закиров И. М., Никитин А. В., Акишев Н. И. // Б.И., 2005. №4.

30. А.с.1690903 СССР, МКИ В 21 О 13/02. Устройство для гофрирования листового материала /В.И.Халиулин, В.Е.Десятов // Б.И., 1991. № 42.

31. Пат. 1755999 РФ, МКИ В 21 Д 13/02. Устройство для гофрирования листового материала / В.И.Халиулин,В.Е.Десятов. //Б.И., 1992. №31.

32. В.И.Халиулин, В.В.Батраков, И.В.Двоеглазов Опытная технология и оборудование для производства складчатого заполнителя. //Материалы Всероссийской научно- практической конференции "Авиакосмические технологии и оборудование. г.Казань, 2004 г. С.118 124.

33. Пат. 104139 В 29 С 53/24, 53/06, 59/02. Способ изготовления многослойной панели криволинейной формы с зигзагообразным гофрированным заполнителем / Закиров И. М., Никитин А. В., Акишев Н. И.//Б.И., 2005. №22.

34. Пат. 106561 В 21 О 13/08. Способ изготовления складчатой конструкции криволинейной формы. / Закиров И. М., Никитин А. В.,Акишев Н. И.// Б.И., 2005. №16.

35. Пат. 2259252 С1 В 21 D 13/00. Устройство для гофрирования листового материала. /АЭРБАС", Открытое акционерное общество "Казанский научно-исследовательский институт авиационной технологии", Закиров И. М., Никитин А. В.,Акишев Н. И.// Б.И., 2005. №24.

36. Закиров И.М., Алексеев К.А. Формообразование складчатого заполнителя одинарной кривизны. //Авиакосмические технологии и оборудование: Материалы Всерос. науч.- практич. конф. Казань: Изд- во Казан. Гос. техн. ун- та, 2004. с.5 9.

37. Халиулин В.И., Батраков В.В. Технологические схемы формообразования зигзагообразного гофра. //Изв. ВУЗов. Авиационная техника. 2005. - № 2. - С. 68-73.

38. Халиулин В.И. Технологические схемы изготовления многослойных конструкций. Казань: Изд- во Казан, гос. техн. ун- та, 1999. 168 с.

39. Пат. 2003123517 RU, А МКИ В 21 D 13/08. Способ гофрирования листового материала /И.М.Закиров, А.В.Никитин, Н.И.Акишев// Б.И., 2005. №4.

40. Drechsler К., Kerle R. Manufacturing of folder core structures for technical application, SAMPE Europe Conference and Exhibition, 2004, Paris. C. 321- 327.

41. Халиулин В.И. Выбор рациональных технологических параметров при формообразовании зигзагообразного гофра. //Авиационная техника. 1996. №3. С.41 -46.

42. Пат. 2118217 РФ (RU) С1 МКИ 6B21D 13/00. Устройство для гофрирования листового материала /В.И.Халиулин, И.В.Двоеглазов// Б.И., 1998. № 24.

43. Пат. 2205084 RU, С1 МКИ В 21 Д 13/02. Устройство для гофрирования листового материала /В.И.Халиулин, И.М.Закиров, Д.Г.Меняшкин, В.В.Батраков// Б.И., 2003. № 15.

44. Пат. 1706148 РФ, МКИ В 32 В 15/00. Устройство для изготовления изделий сложного профиля из композиционного материала / В.И.Халиулин, В.Е.Десятов// Б.И., 1995. № 16.

45. Пат. 1706148 РФ, МКИ В 32 В 15/00. Устройство для изготовления изделий сложного профиля из композиционного материала / В.И.Халиулин, В.Е.Десятов// Б.И., 1994. № 27.

46. Р.Ю. Петрушенко. Пространственно- геометрическая модель исследования влияния технологических факторов на качество зетгофра. //Изв. ВУЗов. Проблемы энергетики. 2006. - № 3. - С. 26- 35.

47. Халиулин В.И., Петрушенко Р.Ю. Экспериментальные исследования изометрического деформирования листовой заготовки. //Труды двенадцатой межвузовской конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» Самара, СамГТУ, 2002г. С. 193.

48. Петрушенко Р.Ю. Особенности механики формообразования складчатого заполнителя типа зетгофр. //Труды Всероссийской конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» Самара, СамГТУ, 2004г., том I, С. 164.

49. Петрушенко Р.Ю. Влияние напряжений сдвига на процесс образования складчатого заполнителя типа зетгофр. //Труды Второй Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» Самара, СамГТУ, 2005г., том I, С. 237 240.

50. Халиулин В.И., Двоеглазов И.В., Инкин В.А. Изометрическое формообразование рельефных пластин с использованием энергии вакуума. //Кузнечно- штамповочное производство Обработка металлов давлением, 2002, №1, с. 17-24.

51. Мусхелишвили Н.И. Курс аналитической геометрии. М.: Высш. школа, 1967.-656 с.

52. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 279с.

53. Маркова Е.В., Лысенко А.Н. Комбинаторные планы в задачах многофакторного эксперимента. М.: Наука, 1979. - 378с.

54. Наседкин A.B. Конечно- элементное моделирование на основе ANS YS /В сб.: ANSYS 5.5/ED (Московское представительство CAD- FEM Gmbh), (Ansys edding russian/ Education /Structural /Beams&Shells, 1999).

55. Каплун А.Б., Морозов E.M., Олферьева M.A. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство. М.: Едиториал УРСС, 2003. - 272 с.

56. ANS YS Basic Analysis Procedures Guide. ANSYS Release 5.6. ANSYS Inc., 1998.

57. Вольмир A.C. Гибкие пластинки и оболочки. M.: Гостехиздат, 1956. -419 с.

58. Прочность, устойчивость, колебания. Справочник в трех томах. Под общей редакцией И.А.Биргера и Я.Г.Пановко. Т. 3. М.: Машиностроение, 1968.-567с.