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仿真分析在壁板及前缘结构固化变形预测及控制(4)

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图17 脱模前结构内应力云图 (a) 铝蒙皮内应力云图; (b) 玻纤内应力云图(与铝蒙皮相接); (c) 蜂窝内应力云图;(d) 玻纤内应力云图(不与铝蒙皮相接)Fig.17 FEM analysis of the inner stress in the structure before demolding (a) The stress in the skin; (b) The stress in the glassfibre(near skin); (c) The stress in the honeycomb; (d) The stress in the glass fibre(away from skin

图18 前缘自由端Z向应力Fig.18 Z-direction stress in the free edge of the structure

3.3 虚拟试错及工装补偿

对复合材料零件的工装进行回弹放量的设计是得到较好外形的控制方法之一。本节中基于之前所做的变形预测提出一种逆向工装补偿方案，以期得到外形轮廓符合设计要求的前缘零件。该方法利用仿真方法，通过在计算机中对型面补偿后的零件进行“虚拟试错”的方法，经过不断的迭代调整，以得到最佳补偿型面。由于零件整体有向外伸的变形趋势，故通过有限元计算在模具表面进行“逆向补偿”，即在向外翻出区域进行收口处理，特别是在各角点收口程度更大，如图19所示。图中红色条带表示模具向内补偿量，颜色深处比颜色较浅处补偿量多，即由模具靠近底表面的向内收口来补偿自由边缘的向内补偿量。绿色条带图案代表在模具型面整体补偿(红色)的基础上，尤其在四个角点处特别增加了向内补偿的程度。表3给出了修模后前缘零件自由边缘的跨度对比，由表中数据可以看出零件基本符合外形设计要求。

图19 模具回弹补偿示意图(彩色详情请联系作者)Fig.19 Compensation of springback in tooling

表3 模具补偿后回弹比较Table 3 Comparison of the span before/after the springbackSpan/mmD1D5D9D13D17D21Measured in realSpan as expected

4 结论

本文将固化变形仿真方法应用于机翼加筋壁板及平尾前缘结构零件变形分析。在机翼加筋壁板结构中提出并使用数字化偏差分析提取节点空间点阵坐标，继而完成了壁板结构的固化变形分析，同时通过仿真手段分别对蒙皮和筋条结构进行了变形计算并分析了其各自变形量对整体变形的影响，得到了造成壁板整体变形的原因；分析得到造成平尾前缘U型大曲率混杂结构前缘结构变形的原因及其变形量，并通过虚拟试错的方法分析提出工装逆向补偿方案。

通过对加筋壁板和平尾前缘结构的仿真结果进行验证表明，该仿真方法可应用于大尺寸工程试验件的研制。同时本研究认为，结合工程验证结果及经验进一步对影响固化变形的各个因素进行合理的简化，建立一种精度较高，通用性强，并能广泛应用于工程实践的大型复合材料构件固化变形分析的方法是目前固化变形仿真专业的进一步发展方向。

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