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高速数控加工中航空结构件弹性变形模型的研究(2)
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1.2 "一"字形结构件简化模型

    取9 框结构件的某一筋板,保留其前后部分的底板,组成"一"字型简化模型,见图2 。

    同9 框结构件一样,"一"字型结构件也是底板满足壳单元的适用条件而筋板不满足壳单元的适用条件,所以也用MPC 中的RSSCON Surf-Vol 来实现单元的连接,如图2 所示。其主要尺寸如下

    底板: 50 mm X 100 mmX2 mm;
   
    筋板: 50 mm X 10 mmX2 mm;
   
    有限元材料模型采用7075 铝合金材料,材料本构模型为线弹性模型。
   
    约束条件为: 将底板的4 边(底板是壳单元)和筋板的2 个侧面(10 mmX2 mm)全约束(底板自由)。
   
    施力点在筋板顶部中点处,垂直于筋板面向前(如图2 所示) ;载荷大小为300 N 。对"一"字结构件〈筋板长度从50 mm 增加到300 mm ,每次增幅为50 mm) 进行静力分析,计算结果见表2 。

 

    由表2 中的9 框结构件施力点位移值和"一"字型结构件施力点位移值进行比较,可以看出:当只考虑施力点的位移而不考虑最大位移时,"一"字结构件和9 框结构件的计算结果大小差别很小,基本上在工程误差5% 的允许范围内,所以可以用"一"字形结构件模拟9 框结构件。不过简化的过程要基于尺寸一致的原则,即简化后的"一"字型结构件的筋板两侧间底板的长度必须和简化前的9 框的受力筋板两侧间底板的长度一致。

1. 3 简化模型施力点

    零件加工过程中刀具会走过筋板上的所有点,如果要全部计算所有点的位移那也是不可能的,因此要对"一"字形工件的施力点进行简化。
   
    通过表1 和表2 所示数据,不管是9 框结构件还是"一"字形结构件,当筋板长度增加到一定长度时,施力点位移大小变化很小,基本上稳定在一个值。所以研究筋板长度对工件的影响可以转化为找到临界值,即当超过这个临界值,施力点位移的变化很小。因此得出,当受力筋板的尺寸增大的时候,实际上变形主要还是集中在施力点附近区域,而在筋板上远离施力点的地方,筋板的变形很小。所以当筋板增大到一定程度时,除了离筋板边缘很近的地方,在不是靠近筋板边缘的地方,都可以把施力点化简成受力筋板的中点,而筋板的变形可以看成是一定大小的位移在筋板长度上的移动。

2 对"一"字型结构件模型进行大量仿真计算

    将结构件简化成"一"字型结构后,为了能够找出规律,建立可供切削参数优化程序使用的加工弹性变形模型,还必须对"一"字型结构(几何尺寸变化、构型变化)模型进行大量仿真。
   
    需要计算的工件虽然不多,但是需要不断的改变几何尺寸和构型,所以要计算的模型数目巨大,因此采用了MSC. PATRAN 提供的PCL (Patran Command Language)工具。
   
    MSC'PATRAN 命令语言是MSC. Patran 的一个高级、模块化结构的编程语言和用户自定义工具。类似于C 语言和Fortran 语言,又具有一些C++ 语言的特性,可用于生成应用程序或特定的用户界面,能提供数万函数,特别适用于CAE 软件的开发。
   
    本文运用参数化建模,利用MSC. PATRAN 提供的PCL 工具编写了针对"一"字型结构的二次开发界面,具体过程如下2

    1) 进入Patran 建立一个新文件,然后利用file/Session/Record 在. ses 文件中记录操作过程。
   
    2) 在Patran 命令行中定义变量,并赋初值。
   
    3) 建立"一"字型结构件几何模型,在建模过程中使用上述定义的变量时,必须使用"'"号。将几何模型划分网格,加相应的边界条件和载荷,定义材料和单元特性。利用File/Session/Record 菜单功能停止记录。
   
    4) 打开记录操作过程的. ses 丈件,编辑. ses 文件产生PCL 函数,用for 语句定义循环。
   
    5) 编辑p3epilog. pel 文件(在PATRAN 中加载下拉菜单)。
   
    6) 新建用户目录mypel. 在该目录下新建mymenu.pel 文件(编写下拉菜单程序).如图3 所示。

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