CN111898291A - 一种基于子结构的大壁板连续铆接变形预测方法 - Google Patents

一种基于子结构的大壁板连续铆接变形预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于子结构的大壁板连续铆接变形预测方法，有限元软件ABAQUS作为工具进行仿真计算，建立的飞机多钉壁板等效仿真模型，将模型中铆接区域划分成多个单钉局部铆接实体，对壁板进行成百上千个铆钉安装时，壁板铆接变形的预测可从依次仿真每一个铆钉的铆接过程转变为不考虑铆钉的铆接过程，只需将此规格铆钉在单钉铆接过程中产生的弯矩作为加载条件，依次加载到壁板上各个装配耦合面对应节点上即可。本发明方法，大幅度提高计算效率，快速得到壁板铆接变形的结果，为后续变形控制提供依据。

Description

一种基于子结构的大壁板连续铆接变形预测方法
技术领域
本发明属于飞机壁板装配变形预测及控制领域，涉及飞机壁板铆接装配工艺仿真，涉及一种基于子结构的大壁板连续铆接变形预测方法，具体的说，是一种对飞机壁板铆接后的变形进行预测的计算方法。
背景技术
大尺寸壁板是飞机结构中的重要组件，一般由蒙皮、长桁、隔框和角片等薄壁零件铆接而成。由于薄壁零件刚度小、易变形，极易在铆接过程中产生装配变形，并随着装配流程的进行而不断传递，最终影响了产品的尺寸完整性和气动力学性能。随着新型号飞机对装配准确度要求的提高，飞机外形尺寸的精确控制是其研究中重要内容。因此，在壁板铆接装配前开展变形预测，并采取措施将变形量控制在尺寸容差之内，具有重要意义。
在实际装配过程中，工艺人员已经意识到装配变形的普遍存在，但主要通过经验或专用工装来控制变形，无法量化壁板在铆接过程中产生的变形。以自动钻铆机为代表的自动化连接设备在一定程度上提高了铆接质量的一致性，但仍无法避免铆接变形的产生。现行的铆接变形预测方法主要是通过动力学有限元对铆接过程进行仿真，但大多围绕单钉、几个钉、乃至十几个铆钉的铆接变形展开研究，规律性不强，且计算费时费力。大尺寸壁板装配过程中涉及成百上千个铆钉的安装，利用现有方法难以进行模拟。
目前国内与大壁板铆接变形预测方法相关的专利有王仲奇等发明的壁板铆接扭翘变形预测方法，该方法是将壁板划分为实体-壳结构，通过计算单钉有限元模型得出每个部分的位移变化，从而形成位移场，再作用于壁板上来预测整体变形；而本文是通过划分子结构模块，计算出子结构的弯矩，并将其作用于壁板上来预测整体变形。两种方法最主要的区别是在局部铆接区域上提取的参数不同。王仲奇等的方法提取的是位移场，计算某一铆接区域时，需要考虑之前的铆接使该区域产生的位移，并通过坐标变换确定位移场局部坐标系；而本方法提取的是弯矩，直接加载计算即可，不需要进行坐标变化，大大提高计算效率。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于子结构的大壁板连续铆接变形预测方法，克服现有技术中存在的不能对大尺寸壁板铆接装配过程进行模拟的不足。
技术方案
一种基于子结构的大壁板连续铆接变形预测方法，其特征在于采用有限元软件ABAQUS，预测步骤如下：
步骤1：建立单钉铆接有限元模型所含各零件的仿真模型；
步骤2：设置各零件的材料属性；
步骤3：对所有零件进行预装配；
步骤4、进行仿真分析步设置：
根据实际铆接过程设置3个动态显式分析步：第一个动态显式分析步是夹紧过程，上衬套和下衬套压住局部蒙皮与局部长桁,时间设定为0.0001秒；第二个动态显式分析步是压铆过程，上铆模与下铆模在压铆力驱动下挤压铆钉完成压铆过程，形成镦头，时间设定为0.0006秒；第三个动态显式分析步是上铆模、下铆模、上衬套和下衬套撤回过程，铆模与铆钉分离，使得铆钉进行应力释放,时间设定为0.001秒；
步骤5、设置单钉铆接有限元模型中各零件之间的接触关系及约束：
各零件之间的接触关系为7个接触对：上铆模的下表面与铆钉的外表面、下铆模的上表面与铆钉的外表面、局部蒙皮的孔壁及局部蒙皮的上表面与铆钉的外表面、局部长桁的孔壁及局部长桁的下表面与铆钉的外表面、上衬套的下表面与局部蒙皮的孔壁及局部蒙皮上表面、局部蒙皮的下表面与局部长桁的上表面、下衬套的上表面与局部长桁的孔壁及局部长桁的下表面；
设置接触原则：
各个接触的切向行为和法向行为采用有限滑移，并选取相接触两平面中刚度大的平面作为主面；
约束原则：
上铆模、下铆模、上衬套和下衬套进行刚体约束。
将局部蒙皮和局部长桁上与外围壁板进行装配的接触面进行耦合约束，各控制点为各面的中心点；
步骤6：进行有限元网格的划分；
步骤7、确定各零件的边界条件和压铆力：
边界条件：
在第一个动态显式分析步中：限制上铆模和下铆模的全部6个自由度；限制局部蒙皮沿y轴向两侧端面耦合控制点的全部自由度；限制上衬套和下衬套除z向移动外的其余自由度，并令上铆模沿z轴负向移动1.002mm、下铆模沿z轴正向移动1.002mm；
在第二个动态显式分析步中：限制上衬套和下衬套全部6个自由度；限制上铆模与下铆模除z向移动外的其余自由度；限制局部蒙皮沿y轴向两侧端面耦合控制点的全部自由度；
在第三个动态显式分析步中：限制上铆模与下铆模除z向移动外的其余自由度，并令上铆模沿z轴正向移动大于8mm、下铆模沿z轴负向移动大于8mm；限制上衬套和下衬套除z向移动外的其余自由度，并令上衬套沿z轴正向移动大于8mm、下衬套沿z轴负向移动大于8mm；限制局部蒙皮与局部长桁沿y轴向两侧端面耦合控制点的全部自由度；
确定压铆力Fsq：
Figure BDA0002561627510000041
其中：t是压铆持续时间；t0是压铆设定时间；Fmax是压铆过程中最大压铆力；
步骤8：提交作业进行计算，并提取局部蒙皮和局部长桁装配面弯矩；
步骤9、对铆接后的单钉模型进行回弹操作：
将步骤8计算好的模型复制，抑制上铆模、下铆模、上衬套和下衬套模型；抑制所有载荷；抑制所有原有边界条件，新建边界条件限制所有耦合控制点的全部自由度；抑制分析步2和分析步3，并将分析步1重置为隐式准静态分析，时间为1s，添加分析步静力平衡分析，时间为1s；将步骤8的计算结果.job文件作为预定义场添加到回弹模型；最后提交作业进行计算
步骤10、建立子结构仿真模型并计算：
复制步骤9中计算好的回弹模型，添加模态分析步和子结构分析步，对子结构模型进行计算求解；
模态分析步中耦合控制点边界约束从基状态继承，子结构分析步中计算恢复区域选择整个模型；子结构分析步中抑制耦合控制点约束并施加保留自由度约束；
步骤11、多钉壁板铆接模型的建立：
外围壁板中长桁与蒙皮模型铆接区域之间通过子结构阵列装配；设置各零件材料属性；
所述蒙皮和长桁的装配时，长桁上铆钉孔数量之和等于蒙皮上铆钉孔数量；蒙皮上各行相邻铆钉孔间的中心距与长桁上相邻的铆钉孔间的中心距相同；
设置仿真分析步为静力通用，时间为1秒；
设置蒙皮与长桁的接触关系：蒙皮与各长桁的接触关系为各接触对，各接触对的切向行为和法向行为采用有限滑移，并选取相接触的两个平面中刚度大的平面作为主面；
步骤12、多钉壁板加载计算：将步骤8中计算好的弯矩作为载荷施加在各耦合控制点上，提交计算任务，对变形进行预测。
所述步骤1的单钉铆接有限元模型包括上铆模、下铆模、上衬套、下衬套、局部蒙皮、局部长桁和铆钉；其中局部蒙皮位于所述局部长桁的上表面，通过铆钉将所述的局部蒙皮与局部长桁铆接；所述下衬套位于所述局部长桁的下表面，且下衬套上表面距离局部长桁下表面1～2mm；所述上衬套位于所述局部蒙皮的上表面且上衬套的下表面距离局部蒙皮上表面1～2mm；所述的上铆模和下铆模分别位于所述铆钉的顶端和底端，上铆模的下表面贴紧铆钉的上端面，下铆模的上表面贴紧铆钉的下端面；局部蒙皮和局部长桁上的铆钉孔、铆钉、上衬套、下衬套均同轴；局部蒙皮的下表面与局部长桁的上表面贴紧；铆钉的上端面高出局部蒙皮的上表面4.565mm。
所述步骤6的有限元网格的划分：对铆钉孔周围区域的划分和对铆钉孔周围区域以外区域的划分，铆钉孔周围区域为所用铆钉直径2倍的范围；铆钉孔周围区域的网格设置为单精度渐变网格，形成距离铆钉孔越近，网格越密；铆钉孔周围区域之外区域的网格为均匀网格。
所述步骤11中各零件材料属性的设置方法与所述的单钉铆接有限元模型中设置局部蒙皮和局部长桁材料属性的方法相同，采用刚塑性硬化模型。
有益效果
本发明提出的一种基于子结构的大壁板连续铆接变形预测方法，基于有限元仿真软件，针对飞机壁板铆接过程提出一种基于子结构的大壁板连续铆接变形预测方法，从而大幅度提高计算效率，快速得到壁板铆接变形的结果，为后续变形控制提供依据。
本发明中：获取单个铆钉铆接后耦合面控制点处的弯矩：在壁板上诸多需要进行铆接操作的铆接点中选择其中一个，根据该铆接点所处局部区域的壁板结构，建立的单钉铆接有限元模型。单钉铆接有限元模型中所含的上铆模、下铆模、铆钉、局部蒙皮、局部长桁、上衬套和下衬套的仿真模型，通过调整铆钉直径、铆钉长度、钉孔直径、间距及排距信息，能够满足不同铆接对象的仿真研究；确定单钉铆接时所需的基本工艺信息，如连接件和被连接件所用材料的杨氏模量、密度、应力-应变曲线、泊松比、铆钉规格尺寸和蒙皮厚度等；完成铆接参数设置，包括压铆力、压铆力加载方式、压铆时间和压铆停留时间；对于不同规格的铆钉分别进行单钉铆接有限元模型的仿真计算，获取计算后耦合面控制点处的弯矩，记录并存储用于多钉壁板模型的载荷加载。
多钉壁板铆接变形连续计算：目前商业有限元仿真软件有很多款，本发明选择其中之一，商业有限元软件ABAQUS作为工具进行仿真计算。首先在建立的飞机多钉壁板等效仿真模型中，将模型中铆接区域划分成多个单钉局部铆接实体，由于实际生产中同一壁板铆钉规格和工艺相同，故铆接区域可由单钉局部铆接阵列而成，如图4所示。且该类铆钉铆接时在耦合面控制点处的弯矩也基本相同，对壁板进行成百上千个铆钉安装时，壁板铆接变形的预测可从依次仿真每一个铆钉的铆接过程转变为不考虑铆钉的铆接过程，只需将此规格铆钉在单钉铆接过程中产生的弯矩作为加载条件，依次加载到壁板上各个装配耦合面对应节点上即可。
与现有技术相比较，本发明通过子结构方法，先将壁板的铆接部位划分成局部子结构单独计算，再将子结构与外围壁板进行装配，最后将单独计算得到的弯矩作为载荷施加在装配体上进行计算；通过建立子结构模型，在满足精度要求的条件下极大地简化了最终仿真模型；改进了原有方法所建立模型计算数据量庞大，计算效率低，甚至无法进行计算的问题，使得对大型壁板的铆接变形预测变成可行。本发明大幅度提高计算效率，快速得到壁板铆接变形的结果，为后续变形控制提供依据，具有广阔的工程应用价值。
附图说明
图1是本发明总体流程
图中：1.上铆模；2.下铆模；3.上衬套；4.下衬套；5.局部蒙皮；6.局部长桁；7.铆钉
图2是单钉铆接有限元模型结构示意图
图3是装配好的多孔壁板整体结构示意图
图4是外围壁板结构示意图
图5是装配好的多孔壁板部分结构示意图，A中为图2所示的单钉
图6是装配面耦合控制点示意图
图7是局部蒙皮网格划分示意图
图8是单钉模型沿XOZ平面剖开后的接触示意图
图中：1.上铆模；2.下铆模；3.上衬套；4.下衬套；5.局部蒙皮；6.局部长桁；7.铆钉；a.上铆模下表面；b.上衬套下表面；c.局部蒙皮上表面及孔壁；d.局部蒙皮下表面；e.局部壁板上表面；f.局部壁板下表面及孔壁；g.下衬套上表面；h.铆钉外表面；i.下铆模上表面
图9是本发明的详细流程图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本实例为某型飞机壁板组件比例试验件，为了快速准确预测该试验件在进行铆接后的变形，本实施例中通过有限元软件ABAQUS对壁板铆接变形进行仿真计算，具体过程是：
步骤1：建立单钉铆接有限元模型所含各零件的仿真模型。
所述的仿真模型包括上铆模1、下铆模2、上衬套3、下衬套4、局部蒙皮5、局部长桁6和铆钉7，如图2所示。其中局部蒙皮5位于所述局部长桁6的上表面，通过铆钉7将所述的局部蒙皮5与局部长桁6铆接。所述下衬套4位于所述局部长桁6的下表面，且下衬套4上表面距离局部长桁6下表面1mm；所述上衬套3位于所述局部蒙皮5的上表面且上衬套3的下表面距离局部蒙皮5上表面1mm；所述的上铆模1和下铆模2分别位于所述铆钉7的顶端和底端，上铆模1的下表面贴紧铆钉7的上端面，下铆模2的上表面贴紧铆钉7的下端面；局部蒙皮5和局部长桁6上的铆钉孔、铆钉7、上衬套3、下衬套4均同轴；局部蒙皮5的下表面与局部长桁6的上表面贴紧；铆钉7的上端面高出局部蒙皮的上表面4.565mm。
步骤2：设置各零件的材料属性
设置上铆模1、下铆模2、上衬套3、下衬套4、局部蒙皮5、局部长桁6和铆钉7的材料属性。
其中铆钉的材料为AL2117，杨氏模量为71.7GPa，泊松比为0.33，因为压铆时间短，需考虑材料变形速率对材料性能的影响，所以铆钉AL2117材料的本构关系采用Johnson-Cook模型，为：
σ＝[A+Bεn][1+Clnε*][1-T*]
式中：σ是Von Mises流动应力；ε是等效塑性应变；ε*是无量纲的塑性应变率；A是静力学实验的屈服强度；B是抗拉强度；C是应变率强化系数；n是硬化指数；m是温度软化系数；T*是无量纲的温度项。
所述的T*：
Figure BDA0002561627510000081
式中：T是试件温度；Tm是材料熔点；Tr是参考温度。
局部蒙皮和局部长桁材料为铝合金2024系列，杨氏模量72.4Gpa，泊松比0.33；铝合金2024的本构关系采用刚塑性硬化模型：
Figure BDA0002561627510000082
式中：εp是塑性应变；A是初始屈服应力；B是强化系数；n是硬化指数。
上铆模、下铆模、上衬套及下衬套结构刚度很大，为不变形体，其杨氏模量E统一设置为200GPa，泊松比0.33。
步骤3：对铆钉和局部蒙皮等零件进行装配。
按图2所示建立的仿真模型，完成上铆模1、下铆模2、上衬套3、下衬套4、局部蒙皮5、局部长桁6和铆钉7的装配。
步骤4：进行仿真分析步设置。
所述的分析步类型为动态显式。设置所述分析步的时间，具体是：根据实际铆接过程设置3个动态显式分析步：第一个动态显式分析步是夹紧过程，时间设定为0.0001秒，此阶段时模型中上衬套和下衬套压住局部蒙皮与局部长桁；第二个动态显式分析步是压铆过程，上铆模与下铆模在压铆力驱动下挤压铆钉完成压铆过程，形成镦头，时间设定为0.0006秒；第三个动态显式分析步是上铆模、下铆模、上衬套和下衬套撤回过程，时间设定为0.001秒，此阶段铆模与铆钉分离，使得铆钉进行应力释放。
步骤5：设置单钉铆接有限元模型中各零件之间的接触关系及约束。
所设置的单钉铆接有限元模型中各零件之间的接触关系包含7个接触对，如图8所示，分别为：上铆模的下表面a与铆钉的外表面h相接触；下铆模的上表面i与铆钉的外表面h相接触；局部蒙皮的孔壁及局部蒙皮的上表面c与铆钉的外表面h相接触；局部长桁的孔壁及局部长桁的下表面f与铆钉的外表面h相接触；上衬套的下表面b与局部蒙皮的孔壁及局部蒙皮上表面c相接触；局部蒙皮的下表面d与局部长桁的上表面e相接触；下衬套的上表面g与局部长桁的孔壁及局部长桁的下表面f相接触。
在设置接触时，各个接触的切向行为和法向行为采用有限滑移，并选取相接触两平面中刚度大的平面作为主面，以防止所建立的单钉铆接有限元模型在计算过程中出现零件相互穿透的现象。
由于上铆模1、下铆模2、上衬套3和下衬套4刚度远大于局部长桁6、局部蒙皮5和铆钉7，故将上铆模1、下铆模2、上衬套3和下衬套4进行刚体约束。
为了后续的边界约束以及弯矩的提取与加载，将局部蒙皮5和局部长桁6上与外围壁板进行装配的接触面进行耦合约束，各控制点为各面的中心点，如图6所示。
步骤6：进行有限元网格的划分。
所述有限元网格的划分包括对铆钉孔周围区域的划分和对该铆钉孔周围区域以外区域的划分。该铆钉孔周围区域为所用铆钉直径2倍的范围；所述铆钉孔周围区域的网格设置为单精度渐变网格，距离铆钉孔越近，网格越密；铆钉孔周围区域之外区域的网格为均匀网格，如图7所示。
步骤7：确定各零件的边界条件和压铆力。
根据实际铆接工况，对单钉铆接有限元模型中各零件的边界条件和铆接参数进行设置。
所述的边界条件是：
在第一个动态显式分析步中，限制上铆模1和下铆模2的全部6个自由度；限制局部蒙皮5沿y轴向两侧端面耦合控制点的全部自由度；限制上衬套3和下衬套4除z向移动外的其余自由度，并令上铆模1沿z轴负向移动1.002mm、下铆模2沿z轴正向移动1.002mm。
在第二个动态显式分析步中，限制上衬套3和下衬套4全部6个自由度；限制上铆模1与下铆模2除z向移动外的其余自由度；限制局部蒙皮5沿y轴向两侧端面耦合控制点的全部自由度。
在第三个动态显式分析步中，限制上铆模1与下铆模2除z向移动外的其余自由度，并令上铆模1沿z轴正向移动8mm、下铆模2沿z轴负向移动8mm；限制上衬套3和下衬套4除z向移动外的其余自由度，并令上衬套3沿z轴正向移动8mm、下衬套4沿z轴负向移动8mm；限制局部蒙皮5与局部长桁6沿y轴向两侧端面耦合控制点的全部自由度。
确定压铆力时，压铆力Fsq的加载遵循正弦曲线为：
Figure BDA0002561627510000111
式中t是压铆持续时间；t0是压铆设定时间；Fmax是压铆过程中最大压铆力。
步骤8：提取局部蒙皮和局部长桁装配面弯矩。
在步骤1-7完成单钉铆接有限元模型的所有建模操作后，对该单钉铆接有限元模型进行仿真计算，从计算结果文件中提取各面耦合控制点的弯矩，以备后续加载。
步骤9：对铆接后的单钉模型进行回弹操作。
铆接计算好后，进行回弹操作使引力波稳定下来：将步骤8计算好的模型复制，抑制上铆模1、下铆模2、上衬套3和下衬套4模型；抑制所有载荷；抑制所有原有边界条件，新建边界条件限制所有耦合控制点的全部自由度；抑制分析步2和分析步3，并将分析步1重置为隐式准静态分析，时间为1s，添加分析步静力平衡分析，时间为1s；将步骤8的计算结果.job文件作为预定义场添加到回弹模型；最后进行计算。
所述静力平衡分析的目的是平衡应力波，由于静力平衡分析不易收敛，所述隐式准静态分析就是为了便于静力平衡分析的收敛。
步骤10：建立子结构仿真模型并计算。
复制步骤9中计算好的回弹模型，添加模态分析步和子结构分析步。
所述模态分析步的作用是为子结构分析步提供相应控制参数，该分析步中耦合控制点边界约束从基状态继承，子结构分析步中计算恢复区域选择整个模型，该分析步中抑制耦合控制点约束并施加保留自由度约束。设置好后对该子结构模型进行计算求解。
步骤11：多钉壁板铆接模型的建立。
建立长桁、蒙皮有限元模型：外围壁板中长桁与蒙皮模型铆接区域没有实体，通过子结构阵列装配，如图4所示。
进行各零件材料属性的设置：设置所述各零件材料属性的方法与所述的单钉铆接有限元模型中设置局部蒙皮和局部长桁材料属性的方法相同，采用刚塑性硬化模型；
完成蒙皮和长桁的装配：长桁上铆钉孔数量之和等于蒙皮上铆钉孔数量；蒙皮上各行相邻铆钉孔间的中心距与长桁上相邻的铆钉孔间的中心距相同；
进行仿真分析步设置：所述仿真分析步设置为静力通用，时间为1秒；
设置蒙皮与长桁的接触关系：蒙皮与各长桁的接触关系为各接触对，各接触对的切向行为和法向行为采用有限滑移，并选取相接触的两个平面中刚度大的平面作为主面，以防止模型在计算过程中出现零件相互穿透的现象。
步骤12：多钉壁板加载计算。
子结构与外围壁板装配好后，将步骤8中计算好的弯矩作为载荷施加在各耦合控制点上，提交计算。
本发明基于有限元仿真软件，针对飞机壁板铆接过程提出一种基于子结构的大壁板连续铆接变形预测方法，从而大幅度提高计算效率，快速得到壁板铆接变形的结果，为后续变形控制提供依据。

Claims (4)

1.一种基于子结构的大壁板连续铆接变形预测方法，其特征在于采用有限元软件ABAQUS，预测步骤如下：
步骤1：建立单钉铆接有限元模型所含各零件的仿真模型；
步骤2：设置各零件的材料属性；
步骤3：对所有零件进行预装配；
步骤4、进行仿真分析步设置：
根据实际铆接过程设置3个动态显式分析步：第一个动态显式分析步是夹紧过程，上衬套和下衬套压住局部蒙皮与局部长桁,时间设定为0.0001秒；第二个动态显式分析步是压铆过程，上铆模与下铆模在压铆力驱动下挤压铆钉完成压铆过程，形成镦头，时间设定为0.0006秒；第三个动态显式分析步是上铆模、下铆模、上衬套和下衬套撤回过程，铆模与铆钉分离，使得铆钉进行应力释放,时间设定为0.001秒；
步骤5、设置单钉铆接有限元模型中各零件之间的接触关系及约束：
各零件之间的接触关系为7个接触对：上铆模的下表面与铆钉的外表面、下铆模的上表面与铆钉的外表面、局部蒙皮的孔壁及局部蒙皮的上表面与铆钉的外表面、局部长桁的孔壁及局部长桁的下表面与铆钉的外表面、上衬套的下表面与局部蒙皮的孔壁及局部蒙皮上表面、局部蒙皮的下表面与局部长桁的上表面、下衬套的上表面与局部长桁的孔壁及局部长桁的下表面；
设置接触原则：
各个接触的切向行为和法向行为采用有限滑移，并选取相接触两平面中刚度大的平面作为主面；
约束原则：
上铆模、下铆模、上衬套和下衬套进行刚体约束。
将局部蒙皮和局部长桁上与外围壁板进行装配的接触面进行耦合约束，各控制点为各面的中心点；
步骤6：进行有限元网格的划分；
步骤7、确定各零件的边界条件和压铆力：
边界条件：
在第一个动态显式分析步中：限制上铆模和下铆模的全部6个自由度；限制局部蒙皮沿y轴向两侧端面耦合控制点的全部自由度；限制上衬套和下衬套除z向移动外的其余自由度，并令上铆模沿z轴负向移动1.002mm、下铆模沿z轴正向移动1.002mm；
在第二个动态显式分析步中：限制上衬套和下衬套全部6个自由度；限制上铆模与下铆模除z向移动外的其余自由度；限制局部蒙皮沿y轴向两侧端面耦合控制点的全部自由度；
在第三个动态显式分析步中：限制上铆模与下铆模除z向移动外的其余自由度，并令上铆模沿z轴正向移动大于8mm、下铆模沿z轴负向移动大于8mm；限制上衬套和下衬套除z向移动外的其余自由度，并令上衬套沿z轴正向移动大于8mm、下衬套沿z轴负向移动大于8mm；限制局部蒙皮与局部长桁沿y轴向两侧端面耦合控制点的全部自由度；
确定压铆力Fsq：
Figure FDA0002561627500000021
其中：t是压铆持续时间；t0是压铆设定时间；Fmax是压铆过程中最大压铆力；
步骤8：提交作业进行计算，并提取局部蒙皮和局部长桁装配面弯矩；
步骤9、对铆接后的单钉模型进行回弹操作：
将步骤8计算好的模型复制，抑制上铆模、下铆模、上衬套和下衬套模型；抑制所有载荷；抑制所有原有边界条件，新建边界条件限制所有耦合控制点的全部自由度；抑制分析步2和分析步3，并将分析步1重置为隐式准静态分析，时间为1s，添加分析步静力平衡分析，时间为1s；将步骤8的计算结果.job文件作为预定义场添加到回弹模型；最后提交作业进行计算
步骤10、建立子结构仿真模型并计算：
复制步骤9中计算好的回弹模型，添加模态分析步和子结构分析步，对子结构模型进行计算求解；
模态分析步中耦合控制点边界约束从基状态继承，子结构分析步中计算恢复区域选择整个模型；子结构分析步中抑制耦合控制点约束并施加保留自由度约束；
步骤11、多钉壁板铆接模型的建立：
外围壁板中长桁与蒙皮模型铆接区域之间通过子结构阵列装配；设置各零件材料属性；
所述蒙皮和长桁的装配时，长桁上铆钉孔数量之和等于蒙皮上铆钉孔数量；蒙皮上各行相邻铆钉孔间的中心距与长桁上相邻的铆钉孔间的中心距相同；
设置仿真分析步为静力通用，时间为1秒；
设置蒙皮与长桁的接触关系：蒙皮与各长桁的接触关系为各接触对，各接触对的切向行为和法向行为采用有限滑移，并选取相接触的两个平面中刚度大的平面作为主面；
步骤12、多钉壁板加载计算：将步骤8中计算好的弯矩作为载荷施加在各耦合控制点上，提交计算任务，对变形进行预测。
2.根据权利要求1所述基于子结构的大壁板连续铆接变形预测方法，其特征在于：所述步骤1的单钉铆接有限元模型包括上铆模、下铆模、上衬套、下衬套、局部蒙皮、局部长桁和铆钉；其中局部蒙皮位于所述局部长桁的上表面，通过铆钉将所述的局部蒙皮与局部长桁铆接；所述下衬套位于所述局部长桁的下表面，且下衬套上表面距离局部长桁下表面1～2mm；所述上衬套位于所述局部蒙皮的上表面且上衬套的下表面距离局部蒙皮上表面1～2mm；所述的上铆模和下铆模分别位于所述铆钉的顶端和底端，上铆模的下表面贴紧铆钉的上端面，下铆模的上表面贴紧铆钉的下端面；局部蒙皮和局部长桁上的铆钉孔、铆钉、上衬套、下衬套均同轴；局部蒙皮的下表面与局部长桁的上表面贴紧；铆钉的上端面高出局部蒙皮的上表面4.565mm。
3.根据权利要求1所述基于子结构的大壁板连续铆接变形预测方法，其特征在于：所述步骤6的有限元网格的划分：对铆钉孔周围区域的划分和对铆钉孔周围区域以外区域的划分，铆钉孔周围区域为所用铆钉直径2倍的范围；铆钉孔周围区域的网格设置为单精度渐变网格，形成距离铆钉孔越近，网格越密；铆钉孔周围区域之外区域的网格为均匀网格。
4.根据权利要求1所述基于子结构的大壁板连续铆接变形预测方法，其特征在于：所述步骤11中各零件材料属性的设置方法与所述的单钉铆接有限元模型中设置局部蒙皮和局部长桁材料属性的方法相同，采用刚塑性硬化模型。
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