CN111209630A - 一种薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法 - Google Patents

一种薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法，包括以下步骤：S1、建立直角坐标系；S2、确定薄壁高筋壁板构件每条筋靠近z轴的表面方程Γm(x,y,z)和远离z轴的表面方程Γn(x,y,z)；S3、确定构件表面任意一点A(x,y,z)对应的包络模表面点A′(x′,y′,z′)坐标；S4、确定包络模表面点A′(x′,y′,z′)在空间包络成形过程中的轨迹点A″(x″,y″,z″)坐标；S5、根据S2和S4计算空间包络成形过程中包络模和构件的时变位置关系；S6、根据S5的计算结果，判断包络模在空间包络成形过程中和构件是否发生干涉。本发明方法能够判断包络模和壁板构件是否发生干涉，对可能存在的干涉区域进行预测。

Description

一种薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法
技术领域
本发明涉及空间包络成形领域，更具体地说，涉及一种薄壁高筋壁板构件 空间包络成形干涉判断方法。
背景技术
薄壁高筋壁板构件是高端装备的关键承力构件，广泛应用于航空航天、船 舶等领域，其力学性能和承载能力影响装备的整体性能和使用寿命。但薄壁高 筋壁板构件外形尺寸大、筋高且薄、腹板薄，其高性能、高精度制造一直是研 究热点。
空间包络成形方法是一种连续局部塑性成形新方法，能够高性能、高效率、 低成本制造大型薄壁高筋构件。但是对于特定形状的薄壁高筋壁板构件，通过 传统方法设计的包络模在空间包络成形过程中可能会和壁板构件发生干涉，降 低壁板构件成形精度和表面质量。因此，需要一种薄壁高筋壁板构件空间包络 成形干涉判断方法，判断包络模和壁板构件是否发生干涉，对可能存在的干涉 区域进行预测。目前，还没有关于薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方 法的报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种薄壁高筋壁板构件空间包络成形 干涉判断方法，能够判断包络模和壁板构件是否发生干涉，对可能存在的干涉 区域进行预测。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种薄壁高筋壁板构件 空间包络成形干涉判断方法，包括以下步骤：
S1、建立直角坐标系，以包络模包络中心点为坐标原点O，以通过坐标原 点的竖直轴线为z轴，以通过坐标原点且垂直于z轴的平面为xOy平面，建立 直角坐标系O-xyz；
S2、确定薄壁高筋壁板构件每条筋靠近z轴的表面方程Γm(x,y,z)和远离z 轴的表面方程Γn(x,y,z)；
S3、确定构件表面任意一点A(x,y,z)对应的包络模表面点A′(x′,y′,z′)坐标；
S4、确定包络模表面点A′(x′,y′,z′)在空间包络成形过程中的轨迹点 A″(x″,y″,z″)坐标；
S5、根据S2和S4计算空间包络成形过程中包络模和构件的时变位置关 系；
S6、根据S5的计算结果，判断包络模在空间包络成形过程中和构件是否 发生干涉。
上述方案中，薄壁高筋壁板构件某条筋靠近z轴的表面方程Γm(x,y,z)如公 式(1)所示，远离z轴的表面方程Γn(x,y,z)分别如公式(2)所示；
Figure BDA0002290266720000021
Figure BDA0002290266720000022
式中，h1为构件筋高。
上述方案中，构件表面任意一点A(x,y,z)对应的包络模表面点A′(x′,y′,z′)坐标方程如公式(3)所示：
Figure BDA0002290266720000023
式中，γ为包络模在直立状态下母线和水平面的夹角。
上述方案中，包络模表面点A′(x′,y′,z′)的轨迹点A″(x″,y″,z″)坐标如公式(4)所示：
Figure BDA0002290266720000031
式中，θ为包络模在空间包络成形过程中转动的角度。
上述方案中，确定包络模和构件相对位置关系方法：将轨迹点A″(x″,y″,z″) 投影到z轴上，投影点为O″(0,0,z2)；直线O″A″和点A所在构件筋表面相交于点 A″′(x″′,y″′,z″′)，根据步骤S2和步骤S4计算点的A″′(x″′,y″′,z″′)坐标；包络模和构 件时变位置关系由点A″(x″,y″,z″)和点A″′(x″′,y″′,z″′)的相对距离e确定，相对距离 的计算方法如公式(5)所示：
Figure BDA0002290266720000032
上述方案中，判断包络模和壁板构件是否发生干涉方法为：
判断包络模和壁板构件是否发生干涉方法：根据步骤S5计算的相对距离， 确定轨迹点A″(x″,y″,z″)是否在壁板构件实体内，当轨迹点在壁板构件实体内， 则包络模和壁板构件发生干涉；反之，则不干涉；包络模和壁板构件是否发生 干涉的判断公式如公式(6)和公式(7)所示：
Figure BDA0002290266720000041
Figure RE-GDA0002453948860000042
实施本发明的薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法，具有以下有 益效果：
(1)通过薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法，判断在空间包 络成形过程中包络模和薄壁高筋壁板构件是否发生干涉；
(2)通过计算包络模和壁板构件在空间包络过程中时变位置关系，确定 包络模和壁板构件干涉区域位置和几何形状；
(3)通过薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法，预测降低壁板 构件精度和表面质量的区域。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是薄壁高筋壁板构件示意图；
图2是包络模转动
Figure BDA0002290266720000043
和壁板构件干涉情况示意图；
图3是图2中的A处局部放大示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详 细说明本发明的具体实施方式。
本发明一种薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法，干涉判断原则 为：在同一特定直角坐标系下，确定空间包络成形过程中包络模和薄壁高筋壁 板构件的相对位置，通过计算包络模和构件的相对位置关系判断两者是否发生 干涉。如图1-3所示，本发明具体包括如下步骤：
S1、建立直角坐标系，以包络模包络中心点为坐标原点O，以通过坐标原 点的竖直轴线为z轴，以通过坐标原点且垂直于z轴的平面为xOy平面，建立 直角坐标系O-xyz；
S2、确定薄壁高筋壁板构件每条筋靠近z轴的表面方程Γm(x,y,z)和远离z 轴的表面方程Γn(x,y,z)；
S3、确定构件表面任意一点A(x,y,z)对应的包络模表面点A′(x′,y′,z′)坐标；
S4、确定包络模表面点A′(x′,y′,z′)在空间包络成形过程中的轨迹点 A″(x″,y″,z″)坐标；
S5、根据S2和S4计算空间包络成形过程中包络模和构件的时变位置关 系；
S6、根据S5的计算结果，判断包络模在空间包络成形过程中和构件是否 发生干涉。
进一步的，薄壁高筋壁板构件某条筋靠近z轴的表面方程Γm(x,y,z)如公式 (1)所示，远离z轴的表面方程Γn(x,y,z)分别如公式(2)所示；
Figure BDA0002290266720000051
Figure BDA0002290266720000052
式中，h1为构件筋高。
进一步的，构件表面任意一点A(x,y,z)对应的包络模表面点A′(x′,y′,z′)坐标方程如公式(3)所示：
Figure BDA0002290266720000061
式中，γ为包络模在直立状态下母线和水平面的夹角。
进一步的，包络模表面点A′(x′,y′,z′)的轨迹点A″(x″,y″,z″)坐标如公式(4) 所示：
Figure BDA0002290266720000062
式中，θ为包络模在空间包络成形过程中转动的角度。
进一步的，确定包络模和构件相对位置关系方法：将轨迹点A″(x″,y″,z″)投 影到z轴上，投影点为O″(0,0,z2)；直线O″A″和点A所在构件筋表面相交于点 A″′(x″′,y″′,z″′)，根据步骤S2和步骤S4计算点的A″′(x″′,y″′,z″′)坐标；包络模和构 件时变位置关系由点A″(x″,y″,z″)和点A″′(x″′,y″′,z″′)的相对距离e确定，相对距离 的计算方法如公式(5)所示：
Figure BDA0002290266720000063
进一步的，判断包络模和壁板构件是否发生干涉方法为：
判断包络模和壁板构件是否发生干涉方法：根据步骤S5计算的相对距离， 确定轨迹点A″(x″,y″,z″)是否在壁板构件实体内，当轨迹点在壁板构件实体内， 则包络模和壁板构件发生干涉；反之，则不干涉；包络模和壁板构件是否发生 干涉的判断公式如公式(6)和公式(7)所示：
Figure BDA0002290266720000071
Figure RE-GDA0002453948860000072
本发明提供了具体的计算例如下：
薄壁高筋壁板构件每条筋靠近z轴的表面方程Γm(x,y,z)和远离z轴的表面 方程Γn(x,y,z)分别根据公式(1)和公式(2)计算得：
Figure BDA0002290266720000073
Figure BDA0002290266720000074
包络模在直立状态下母线和水平面夹角为
Figure BDA0002290266720000075
构件表面任意一点 A(x,y,z)对应的包络模表面点A′(x′,y′,z′)坐标方程根据公式(3)计算得：
Figure BDA0002290266720000076
包络模表面点A′(x′,y′,z′)顺时针转动
Figure BDA0002290266720000077
时轨迹点A″(x″,y″,z″)坐标根据公式(4)计算得：
Figure BDA0002290266720000081
确定包络模和构件相对位置关系方法：将步骤S4中的轨迹点 A″(-17.05,-17.05,14.28)投影到z轴上，投影点为O″(0,0,14.28)；直线O″A″和点A所 在构件筋表面相交于点A″′(x″′,y″′,z″′)，根据步骤S2和步骤S4计算点坐标 A″′(-17.56,-17.56,14.28)；包络模和构件相对位置关系由点A″(x″,y″,z″)和点 A″′(x″′,y″′,z″′)的相对距离e确定。根据公式(5)计算相对距离e＝0.21。
判断包络模和壁板构件是否发生干涉方法：根据步骤S5计算的相对距离， 确定轨迹点A″(x″,y″,z″)是否在壁板构件实体内。当轨迹点在壁板构件实体内， 则包络模和壁板构件发生干涉；反之，则不干涉。由于点A在Γn面，根据公 式(7)判断点A对应的包络模和壁板构件发生干涉。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述 的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本 领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保 护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立直角坐标系，以包络模包络中心点为坐标原点O，以通过坐标原点的竖直轴线为z轴，以通过坐标原点且垂直于z轴的平面为xOy平面，建立直角坐标系O-xyz；
S2、确定薄壁高筋壁板构件每条筋靠近z轴的表面方程Γm(x,y,z)和远离z轴的表面方程Γn(x,y,z)；
S3、确定构件表面任意一点A(x,y,z)对应的包络模表面点A′(x′,y′,z′)坐标；
S4、确定包络模表面点A′(x′,y′,z′)在空间包络成形过程中的轨迹点A″(x″,y″,z″)坐标；
S5、根据S2和S4计算空间包络成形过程中包络模和构件的时变位置关系；
S6、根据S5的计算结果，判断包络模在空间包络成形过程中和构件是否发生干涉。
2.根据权利要求1所述的薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法，其特征在于，薄壁高筋壁板构件某条筋靠近z轴的表面方程Γm(x,y,z)如公式(1)所示，远离z轴的表面方程Γn(x,y,z)分别如公式(2)所示；
Figure RE-FDA0002453948850000011
Figure RE-FDA0002453948850000012
式中，h1为构件筋高。
3.根据权利要求2所述的薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法，其特征在于，构件表面任意一点A(x,y,z)对应的包络模表面点A′(x′,y′,z′)坐标方程如公式(3)所示：
Figure RE-FDA0002453948850000021
式中，γ为包络模在直立状态下母线和水平面的夹角。
4.根据权利要求3所述的薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法，其特征在于，包络模表面点A′(x′,y′,z′)的轨迹点A″(x″,y″,z″)坐标如公式(4)所示：
Figure RE-FDA0002453948850000022
式中，θ为包络模在空间包络成形过程中转动的角度。
5.根据权利要求4所述的薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法，其特征在于，确定包络模和构件相对位置关系方法：将轨迹点A″(x″,y″,z″)投影到z轴上，投影点为O″(0,0,z2)；直线O″A″和点A所在构件筋表面相交于点A″′(x″′,y″′,z″′)，根据步骤S2和步骤S4计算点的A″′(x″′,y″′,z″′)坐标；包络模和构件时变位置关系由点A″(x″,y″,z″)和点A″′(x″′,y″′,z″′)的相对距离e确定，相对距离的计算方法如公式(5)所示：
Figure RE-FDA0002453948850000031
6.根据权利要求5所述的薄壁高筋壁板构件空间包络成形干涉判断方法，其特征在于，判断包络模和壁板构件是否发生干涉方法为：
判断包络模和壁板构件是否发生干涉方法：根据步骤S5计算的相对距离，确定轨迹点A″(x″,y″,z″)是否在壁板构件实体内，当轨迹点在壁板构件实体内，则包络模和壁板构件发生干涉；反之，则不干涉；包络模和壁板构件是否发生干涉的判断公式如公式(6)和公式(7)所示：
点A在Γm面
Figure RE-FDA0002453948850000032
点A在Γn面
Figure RE-FDA0002453948850000033
Figure RE-FDA0002453948850000034
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