CN114132046B - 一种针对蜂窝芯弯曲过程中芯格变形的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种针对蜂窝芯弯曲过程中芯格变形的控制方法，通过对不同厚度的蜂窝芯，在不同弯曲半径下进行弯曲试验，在弯曲状态下蜂窝芯内表面发生变形和坍缩，统计蜂窝芯内表面发生变形和坍缩的芯格数量；测量统计不同厚度的蜂窝芯，在不同弯曲半径下的芯格坍缩数量及变形量，根据蜂窝芯弯曲过程变形要求，在确保蜂窝芯弯曲过程不出现芯格坍塌前提下，确定不同厚度蜂窝在不同弯曲半径下的开槽间距，通过开槽间距补偿芯格坍缩数量及变形量；在确定不同厚度蜂窝在不同弯曲半径下的开槽间距前提下，进一步确定开槽角度。

Description

一种针对蜂窝芯弯曲过程中芯格变形的控制方法

技术领域

本发明涉及一种蜂窝芯弯曲过程中芯格变形开槽控制方法，属于复合材料夹层结构制造领域。

背景技术

蜂窝夹层结构是由两块高强度上、下面板和中间一层厚而轻的蜂窝芯组成，具有轻质、高比强度、高比刚度及高能量吸收效率等优异的特性，广泛运用于航空航天等领域，如机翼前缘U型件、襟翼、副翼、扰流板方向舵、升降舵以及垂、平尾壁板、发动机短舱、整流罩等结构。

蜂窝夹层的复合材料构件大多具有复杂自由曲面外形，其制造过程通常包含外层蒙皮铺贴、蜂窝芯稳定化处理、内层蒙皮铺贴、固化成型等步骤。其中，蜂窝芯稳定化处理需要对蜂窝芯按照成型的曲面进行弯曲变形，在弯曲过程中蜂窝芯的内表面由于芯格相互挤压引起变形，在达到一定的弯曲变形时会使得芯格发生坍缩，从而影响蜂窝夹层结构的力学特性。在实际的蜂窝夹层结构制造过程中，为了防止芯格之间由于弯曲产生严重的拉伸、挤压变形，保证蜂窝夹层结构优良的力学特性，在满足设计标准、规范的前提下，通常采用对蜂窝芯进行开槽处理使芯格变形得到一定程度的释放，以保证蜂窝芯格的结构完整性和对复杂外形贴合的准确性。目前采用的方法基本是在成型模上进行铺覆试验并结合人的加工经验进行开槽，该方法存在效率低、一致性差、产品质量不稳定等问题。

发明内容

为解决具有复杂曲目外形的蜂窝夹层结构制造过程中的蜂窝芯格之间由于弯曲产生严重的拉伸、挤压变形，保证蜂窝夹层结构优良的力学特性，本发明提出一种蜂窝芯弯曲过程中芯格变形开槽控制方法，关键在于确定合适的开槽工艺参数，包括：开槽间距及开槽角度。

一种针对蜂窝芯弯曲过程中芯格变形的控制方法，其特征在于包含以下内容：1)通过对不同厚度的蜂窝芯，在不同弯曲半径下进行弯曲试验，在弯曲状态下蜂窝芯内表面发生变形和坍缩，统计蜂窝芯内表面发生变形和坍缩的芯格数量；2)测量统计不同厚度的蜂窝芯，在不同弯曲半径下的芯格坍缩数量及变形量，根据蜂窝芯弯曲过程变形要求，在确保蜂窝芯弯曲过程不出现芯格坍塌前提下，确定不同厚度蜂窝在不同弯曲半径下的开槽间距，通过开槽间距补偿芯格坍缩数量及变形量；3)在确定不同厚度蜂窝在不同弯曲半径下的开槽间距前提下，进一步确定开槽角度。

在步骤2)中，计算开槽间距时，要求蜂窝芯在弯曲状态下单个芯格横向及纵向变形不能超过芯格正常尺寸的1/3，将芯格的1/3变形量尺寸作为芯格的开槽判据，如果有芯格发生正常尺寸的1/3变形量，则需要增加开槽数量，直至满足要求，很据最终开槽数量和蜂窝芯的整体尺寸确定蜂窝芯的开槽间距。

在步骤2)中，根据不同厚度的蜂窝芯，在不同弯曲半径下进行弯曲试验得出的开槽间距，拟合以蜂窝芯厚度与弯曲半径为变量的开槽间距关系式：L＝f(R,t)，其中L为开槽间距，R为弯曲半径，t为蜂窝芯厚度。

在步骤3)中，设开槽深度为蜂窝厚度的2/3，设开槽预留涂胶间隙为a,根据蜂窝芯厚度t，和弯曲半径R及开槽间距L，通过下列公式计算出每个开槽的开槽角度θ，其中

本申请的有益效果在于：发明通过对蜂窝芯弯曲后表面芯格变形量、芯格坍缩数量进行评估，确定不同规格蜂窝芯在不同弯曲半径下的开槽间距；在保证弯曲后开槽蜂窝槽口完全闭合条件下，建立开槽角度与开槽间距及弯曲半径计算模型，实现蜂窝芯弯曲过程芯格变形控制，保证蜂窝夹层结构优良的力学特性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为蜂窝芯弯曲试验示意图。

图2为蜂窝芯格塌陷示意图。

图3为蜂窝芯的开槽间距示意图。

图4为蜂窝芯的开槽后成形示意图。

图中编号说明：1蜂窝芯、2真空袋、3芯格拓印介质、4等半径弯曲模、5变形芯格、6开槽、7变曲率截面曲线。

具体实施方式

为解决具有复杂曲目外形的蜂窝夹层结构制造过程中的蜂窝芯格之间由于弯曲产生严重的拉伸、挤压变形，本发明提出一种蜂窝芯弯曲过程中芯格变形开槽控制方法，其过程为：针对不同厚度的蜂窝芯，在不同弯曲半径下开展弯曲试验；评估蜂窝芯上表面芯格变形量，统计芯格坍缩数量，确定不同厚度蜂窝芯在不同弯曲半径下的开槽间距。

在确定不同厚度蜂窝在不同弯曲半径下的开槽间距基础上，假设开槽深度为蜂窝厚度的2/3，开槽蜂窝弯曲后槽口完全闭合，进而计算开槽角度与开槽间距及弯曲半径关系。该方法具体包括如下步骤：

步骤1：蜂窝芯1试件在等半径弯曲模4上通过真空袋2采用真空吸附加压的方式进行贴模成型，通过贴合在蜂窝芯1表面的芯格拓印介质3获得弯曲积压的内侧表面蜂窝芯格形态拓印图形。因此，为了获得不同厚度蜂窝芯在不同弯曲半径下的开槽间距，需设计不同周向宽度蜂窝芯弯曲试验。对不同厚度蜂窝芯，在不同弯曲半径下进行弯曲。通过对芯格形态拓印图形观察、测量弯曲后蜂窝芯试件内侧表面的变形芯格5，对变形芯格5的坍缩数量进行统计，并计算蜂窝芯变形量。

步骤2：分析不同厚度，不同周向宽度蜂窝芯1在不同弯曲半径下的芯格坍缩数量及变形量，在确保蜂窝芯弯曲过程不出现芯格坍塌前提下，基于蜂窝芯1弯曲过程变形要求，根据变形累积及芯格坍缩间距确定不同厚度蜂窝在不同弯曲半径下开槽6的间距。弯曲过程中要求单个芯格横向及纵向变形不能超过芯格正常尺寸的1/3，因此将1/3芯格尺寸作为芯格的开槽判据，利用提出的芯格变形评估方法综合整个蜂窝芯试件芯格变形量确定不同厚度芯格试件的开槽6的间距。

设芯格横向尺寸为w，纵向尺寸为l，弯曲后芯格横向压缩尺寸为Vw＝Vw₁+Vw₂，纵向压缩尺寸为Vl＝Vl₁+Vl₂。

单个芯格判据：横向判据为纵向判据为/>

蜂窝芯试件判据：横向芯格累计纵向芯格累计/>其中n为横向芯格数量，m为纵向芯格数量，d为蜂窝芯试件长度，D为试件宽度。

由开槽试验结果数据对开槽间距函数进行多项式拟合L＝f(R,t)，其中L为相邻开槽6之间的间距，R为弯曲半径，t为蜂窝芯厚度。

步骤3：在确定不同厚度蜂窝在不同弯曲半径下的开槽间距前提下，还需进一步确定开槽角度，假设开槽深度为定值，设为蜂窝厚度的2/3，蜂窝贴模后以槽距L为弦的内接多边形相对邻接的转动角度为几何关系可知/>式中L为开槽间距；槽口尺寸C为：

θ为开槽角度，由几何关系可知：

C＝C₁+C₂，

其中

代表蜂窝芯弯曲后的预留槽口宽度贡献量，其中a为开槽蜂窝芯弯曲后槽口间距最大值的1/2；

代表蜂窝芯刚性转动贡献量。

可得开槽角度θ为：

基于确定的蜂窝芯开槽参数与弯曲半径及蜂窝芯几何参数关系，用于指导大曲率蜂窝夹层结构弯曲成型的槽距及开槽角度计算。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本实施例以10mm、20mm、25mm及40mm厚度蜂窝芯在弯曲半径为100mm～600mm下弯曲为例，结合附图，说明一种蜂窝芯弯曲过程中芯格变形开槽控制方法的具体过程。

步骤1：对厚度为10mm、20mm、25mm及40mm厚度蜂窝芯，在弯曲半径为100mm～600mm进行蜂窝芯弯曲试验。观察弯曲后蜂窝芯试件上表面芯格坍缩模式，并对芯格坍缩数量、位置进行统计，计算蜂窝芯变形量。

步骤2：弯曲过程中要求单个芯格横向及纵向变形不能超过芯格正常尺寸的1/3，因此将1/3芯格尺寸作为芯格的开槽判据。

蜂窝芯试件判据：横向芯格累计纵向芯格累计/>其中n为横向芯格数量，m为纵向芯格数量，d为蜂窝芯试件长度，D为试件宽度。

在确保蜂窝芯弯曲过程不出现芯格坍缩前提下，当蜂窝芯试件弯曲过程横向、纵向芯格变形累积达到开槽判据临界值时，蜂窝芯试件对应的宽度即为试件的开槽间距。由开槽试验结果数据对开槽间距函数进行拟合，最终得到开槽间距计算函数f(R,t)＝P₀+P₁R+P₂t，其中R表示半径，t表示蜂窝芯厚度)。

步骤3：在确定不同厚度蜂窝在不同弯曲半径下的开槽间距前提下，对蜂窝芯开槽角度进行计算。假设开槽深度为蜂窝厚度的2/3，蜂窝贴模后以槽距L为弦的内接多边形相对邻接的转动角度为由几何关系可知/>式中L为开槽间距。首先计算槽口尺寸C(/>其中θ为开槽角度)，由几何关系C＝C₁+C₂(/>a为开槽弯曲闭合预留间隙值的一半，/>)，可计算开槽角度/>

按照获得的开槽间距、开槽角度与蜂窝芯厚度、成型曲率半径之间的函数关系式可以对截面形状为图4所示的变曲率轮廓曲线7的蜂窝芯成型进行开槽计算，通过对变曲率曲线进行圆弧插补及每个弧长半径下的槽距占比进行累积，在占比累积达到1时即为该界面曲线的开槽点位置及累积开槽间距及V型开槽角度，由此获得如图3所示不同的累积开槽间距L₁、L₂、L₃、L₄及累积开槽角度θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅，在弯曲成型后形成如图4所示的槽口6闭合状态。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (2)

1.一种针对蜂窝芯弯曲过程中芯格变形的控制方法，其特征在于包含以下内容：1)通过对不同厚度的蜂窝芯，在不同弯曲半径下进行弯曲试验，在弯曲状态下蜂窝芯内表面发生变形和坍缩，统计蜂窝芯内表面发生变形和坍缩的芯格数量；2)测量统计不同厚度的蜂窝芯，在不同弯曲半径下的芯格坍缩数量及变形量，根据蜂窝芯弯曲过程变形要求，在确保蜂窝芯弯曲过程不出现芯格坍塌前提下，确定不同厚度蜂窝在不同弯曲半径下的开槽间距，通过开槽间距补偿芯格坍缩数量及变形量，根据不同厚度的蜂窝芯，在不同弯曲半径下进行弯曲试验得出的开槽间距，拟合以蜂窝芯厚度与弯曲半径为变量的开槽间距关系式：L＝f(R,t)，其中L为开槽间距，R为弯曲半径，t为蜂窝芯厚度；3)在确定不同厚度蜂窝在不同弯曲半径下的开槽间距前提下，进一步确定开槽角度,设开槽深度为蜂窝厚度的2/3，设开槽预留涂胶间隙为a,根据蜂窝芯厚度t，和弯曲半径R及开槽间距L，通过公式:

计算出每个开槽的开槽角度θ。

2.如权利要求1所述的针对蜂窝芯弯曲过程中芯格变形的控制方法，其特征在于，在步骤2中，计算开槽间距时，要求蜂窝芯在弯曲状态下单个芯格横向及纵向变形不能超过芯格正常尺寸的1/3，将芯格的1/3变形量尺寸作为芯格的开槽判据，如果有芯格发生正常尺寸的1/3变形量，则需要增加开槽数量，直至满足要求，很据最终开槽数量和蜂窝芯的整体尺寸确定蜂窝芯的开槽间距。