整体壁板因其轻质、高强、结构效能蹬着异的机能，被宽泛利用于飞机机身、机翼部位等关键部件。目前，整体壁板常用的成形步骤重要有喷丸、滚弯、压弯、蠕变时效成形等[1-3]。在一致强度设计要求下，高温钛合金网格筋壁板相较于传统的铝合金筋壁板壁厚更幼、筋的高宽比更大，并通常拥有单/双曲率的复杂曲面结构，属于薄壁整体复杂结构[4]。但由于高温钛合金多属非时效强化型合金、加工温度较高、加工窗口较窄、变形后回弹量大，选取通例冷变形或温热变形步骤成形其网格筋整体壁板件对设备吨位要求较高、成形过程中易出现筋根部开裂和筋条上端失稳变形等成形缺点，因而需索求新的成形步骤。电脉冲辅助成形利用电致塑性效应显著降低成形载荷、提高资料的弯曲成形极限[5]，有效预防成形过程中筋根部开裂问题；另一方面，可利用资料自阻产生的焦耳热温升急剧提供热变形前提，添补变形过程中的热损失，相较于电阻炉加扰仔望显著提高加热速度、降低能源亏损与工装成本[6]。然而，在电脉冲辅助成形过程中，由于电-热-力场不均匀散布特点和网格筋整体壁板压弯成形部门加载的特点，如电参数、变形参数、模具几何参数和加载蹊径设置不合理，可能导致壁板部门化变形严沉、失稳起皱、开裂等缺点。因而必要深刻钻研整体壁板电辅助成形变形行为，预测缺点产生的时刻和地位，为整体壁板电辅助成形工艺设计提供凭据。

关于整体壁板筋条失稳预测，国内表多多学者发展了深刻钻研。Yan[7,8]等提出了一种基于能量法、弹塑性力学和数值分析的压弯成形过程中加劲肋临界愚笨载荷的求解步骤，并对铝合金高加劲肋整体板压弯成形断裂进行预测。Mallela等[9]利用神经网络正确预测了复合伙料整体壁板的剪切失稳载荷。Li[10]等提出了一种新的分析步骤来预测加筋板在循环平面载荷作用下的非线性应力应变曲线，对船舶等大型箱梁结构的渐进倒塌分析提供基础。Su[11]等钻研了Ti6Al4V钛合金加筋板在平面剪切载荷作用下的结构行为。通过剪切试验，得到了试件的愚笨失稳、后愚笨过程和粉碎机理，并钻研了肋板厚度和肋板高度对加筋板机能的影响。Zhou[12]等成立了加筋板弹性愚笨分析的解析解，钻研了加筋板重要几何参数对其愚笨强度的影响。刘劲松[13]和任丽梅[14]等人对压弯成形进行了尝试和数值仿照钻研，分析了加劲肋的愚笨景象。然而，到目前为止，关于电脉冲辅助压弯成形整体壁板愚笨钻研还很少。

本钻研首先成立了Ti55钛合金整体壁板电脉冲辅助压弯成形的有限元模型，分析成形过程中壁板不均匀温度场散布及分歧地位应力应变散布。并分析分歧工艺参数和壁板几何参数对筋条失稳敏感性和筋条最终失稳水平的影响，为钛合金整体壁板电脉冲辅助压弯成形设计提供凭据。

1、有限元模型

1.1几何模型和资料参数

针对飞机整体壁板的典型结构，设计了一种多网格筋的整体壁板，整体壁板截面尺寸为100mm×50mm，厚度为12mm，其中蒙皮的厚度为2mm，加强筋宽度为1mm，加强筋之间横向宽度为21mm，纵向宽度为16mm，如图1所示。凹模长宽高相应为100mm×50mm×25mm，压弯半径别离为80、140、200mm，圆角过渡半径为10mm，压边区域长度为20mm。整体壁板资料为Ti55合金，其根基机能参数如表1所示。在拉伸机上进行了应变速度为0.01s^-1单向拉伸尝试，得到了分歧温度下的应力-应变曲线如图2所示。模型中塑性参数的界说取曲线中的应力-应变数据。

表1Ti55合金的热物理机能参数 Table1ThermophysicalperformanceparametersofTi55alloy

1.2仿照设置

通过有限元贸易软件ABAQUS热电结构耦合分析对Ti55网格筋整体壁板电脉冲辅助压弯过程进行数值仿照分析，成立的有限元模型如图3所示。凸模和凹模均界说为实体，筋板与模具、表界环境之间的换热系数设置为15W.m^-2.K^-1，设置凸凹模的表表为主面，板材的表表为从面。选取库仑摩擦前提，设置冲头、凹模以及压边块与筋板之间的摩擦系数为0.3。仿照过程中，凹模和压边块维持静止不动，各方向的位移均设定为零，在壁板横向两端施加电流，并对冲头施加指定速度加载前提，整个成形过程为40s，前20s为电脉冲加热阶段，后20s为压弯过程，后续压弯阶段电流持续对其加热。网格划分选取Q3D8R六面体单元，共有64274单元。

对5组分歧工艺参数和几何参数加筋板压弯过程进行了有限元仿照，分析了工艺参数（施加电流大幼和加筋板压弯半径）和几何参数（筋条宽高比、腹板厚度和横筋间距）对加筋板失稳愚笨的影响。各参数的取值领域别离为：电流密度（7~9A/mm?）；壁板压弯半径（60~100mm）；筋条高度（9~10mm）；腹板厚度（1~3mm）；横向筋条间距（11~41mm）。

2、了局与分析

2.1整体壁板温度场分析

对施加电流密度7、8、9A/mm?的加筋板进行有限元仿照，图4为电流密度为8A/mm²时分歧成形功夫下的温度场散布云图。筋板横向中心区域的温度略高于两侧区域的温度，由于整体壁板的两侧始终和凹模、压边圈接触，壁板会向模具传热，从而导致中心区域的温度高于壁板两侧的温度。刚起头成形时，横向（y方向）筋条温杜纂腹板的温度相差不大，随着冲头的下压，横向筋条与冲头接触传热，导致最终成形时横向筋条温度比蒙皮温度低。由于电流施加方式是在壁板横向的两侧表表施加电流，纵向（x方向）筋条流经电流比横向筋条流经电流少，产生的焦耳热要少，纵向筋条处的温度远低于其他地位的温度。

在整体壁板筋条横筋处、筋条竖筋处、腹板中心处取3个温度分析点，如图5所示。从升温曲线图能够看出电流密度为7、8、9A/mm?时筋板压弯阶段的温度区间别离为494~786℃、615~963℃、727~1166℃。温度过低时Ti55合金成形较作难题，温度过高会导致氧化层的厚度较厚，当电流密度为8A/mm²时筋板压弯阶段所处温度区间最合适。壁板蒙皮中心处（地位3）和横向筋条处（地位2）在前20s时温度一样，但在后20s时，冲头下压与壁板接触产生热传导，导致横向筋条升温速度降落，并且成形终了时横向筋条温度略低于腹板蒙皮处。由于整体壁板几何结构和电流加载方式，纵向筋条处区域温度要比其它处区域低好多。

2.2壁板压弯过程应力应变分析

图6所示为在8A/mm²电流密度分歧功夫下的应力应变散布云图。在成形的起头阶段（20s）时，壁板一向处于电流加热的状态，温度上升导致壁板热膨胀在中央地位产生肯定的内应力。随着模具的下压，应力起头先增大，后面温度进一步的上升导致资料软化，应力反而呈降落的趋向。最终应力重要散布在压弯的中心线和两侧压边块的旁弯曲线上，并且由于纵向筋条温度较低，纵向筋条处等效应力值最大。在冲头刚与筋板接触时，筋板未起头变形，应变为零，随着变形的增长，等效应变不休增大，等效应变散布重要散布在横向筋条和凹模圆角区域，而纵向条处和腹板处险些没有等效应变，批注其没有产生塑性变形。

图7所示为8A/mm²电流密度下横向筋条最大失稳处主应力-功夫曲线。由图7能够看出整体壁板横向筋条失稳处x方向主应力压弯过程中一向为零，随着冲头的下压壁板起头弯曲变形，横向筋条y方向压应力起头迅速增长，这也是横向筋条产生失稳的重要原因。随着壁板弯曲水平的加大，横向筋条z方向压应力也随着增长，后面由于横向筋条温度的上升，变形容易进行，应力值都呈降落的趋向。

2.3电流密度对壁板失稳愚笨的影响

图8所示为分歧电流密度下横向筋条失稳处等效应力、等效应变、失稳波高随功夫的变动曲线。由图8a等效应力-功夫关系图可知，在成形前20s时，由于筋板只处于加热阶段，筋板未起头变形，筋条处险些无应力产生。电流加热导致温度的上升，整体壁板产生热膨胀，冲头现实和整体壁板接触的功夫在19s。随着冲头的下压，应力变动整体趋向都是随着变形的增长，应力迅速上升，但是由于随着温度进一步的上升，资料软化导致应力降落。电流密度越大，升温速度越快，横向筋条失稳处的峰值应力随电流密度增长而减幼。从图8b能够看出应变随电流密度增长先增大后减幼。电流密度大，整体壁板温度高，筋条容易变形。但温度持续升高时，整体壁板直接被压弯，在横向筋条上的应力不及以让其变形。电流密度为9A/mm²时，成形的后10s中，应力应变险些无变动，也就是在壁板压弯的最后10s过程中筋条没有产生塑性变形。从图8c能够看出，倒佧体壁板其余参数一致时，电流密度对筋条失稳起头的时刻没有影响，只有当壁板累计肯定应变量时，筋条才起头产生失稳。

图9所示电流密度7、8、9A/mm?下壁板横向筋条沿x方向失稳距离的整体情况。电流密度7、8、9A/mm?时横向筋条最大失稳距拜别离为1.07、1.37、0.65mm。随着电流密度增长，壁板筋条沿x方向失稳距离先出现增大趋向。壁板上筋条温度升高，筋条处应变较大，容易失稳愚笨。随着电流的进一步加大，壁板筋条失稳距离反而减幼。温度上升，压弯所需的载荷减幼，壁板筋条上的应力减幼，导致应变相应减幼，失稳愚笨水平减幼。

2.4壁板压弯半径对失稳愚笨的影响

图10所示为分歧压弯半径下横向筋条失稳处等效应力、等效应变随功夫的变动曲线。由图10a可知压弯半径增长时，筋条应力也越来越幼，筋条的受力情况得到相应的改善，筋条失稳水平减幼。图10b为分歧压弯半径下的筋条失稳处等效应变随功夫关系，压弯半径为60、80、100mm时筋条失稳处的最终等效应变别离为0.36、0.32、0.05，压弯半径增长，筋条的变形量随之减幼。由图11分歧压弯半径下的横向筋条失稳情况可知，整体壁板压弯时，随着压弯半径的减幼即变形量的增大，筋条失稳越来越严沉，横向筋条失稳水平越来越大，这与筋条失稳处的等效应变了局相吻合。压弯半径越幼，横向筋条失稳愚笨水平越严沉，筋条失稳形成的半波的幅值越大。

2.5筋条宽高比对壁板失稳愚笨的影响

图12所示为分歧筋条高度横向筋条最大失稳处等效应力、波高-功夫曲线。由图12a等效应力-功夫关系可知，筋条高度对横向筋条最大失稳处应力无显著影响。图12b所示筋条宽高比对失稳时刻的影响，图12c为12b的部门放大图，由图能够看出，筋条高度为9~11mm时横向筋条起头产生失稳的功夫别离为24.21、23、21.33s，筋条高度越高，壁板起头的失稳的功夫也越早。这批注筋条高度越高筋条失稳时所需的临界载荷越幼，产生失稳的功夫越短，整体壁板筋条的不变性较差。图13为分歧筋条宽高比下的横向筋条失稳情况。由图可知，在整体壁板筋条厚度不变，随着筋条高度的增长，筋条失稳愚笨水平越来越大。

2.6腹板厚度对筋条失稳愚笨的影响

图14所示为分歧腹板厚度下横向筋条最大失稳处等效应力、失稳波高和温度随功夫变动的曲线。由图14a可知，分歧腹板厚度的壁板在产生失稳时的筋条处的应力一样。由图14b能够看出，腹板厚度分歧，筋条失稳时刻均产生在24s左右，无显著差距，所以腹板厚度不会对筋条的失稳时刻产生影响。由图14c可知随着腹板厚度的增长，壁板散热削减，筋条温度上升。

图15为分歧腹板厚度下的横向筋条失稳情况。腹板厚度增长，筋条失稳愚笨水平加大，腹板厚度进一步增长，壁板散热削减，导致温度上升，成形壁板所需载荷减幼，壁板筋条上应力减幼，失稳愚笨水平反而有所减幼。腹板厚度其实影响筋条的温度从而影响筋条失稳的变动。

2.7纵向筋条间距对壁板失稳愚笨的影响

图16为分歧纵向筋条间距整体壁板结构图。图17所示为分歧纵向筋条间距下横向筋条最大失稳处等效应力、失稳波高和温度随功夫变动的曲线。由图17可知纵向筋条间距为41mm时壁板筋条产生的失稳时刻要比31mm早好多，从应力-功夫关系图能够看出，纵向筋条间距为41mm时壁板筋条产生的失稳时刻应力也幼好多，纵向筋条间距越大，横向筋条不变性越差。纵向筋条的数量越少，电流向纵向筋条分流减幼，横向筋条温度越高。筋条间距由31mm增至41mm而纵向筋条数量没有变动时，横向筋条处温度无显著差距。

图18所示为分歧纵向筋条间距下的横向筋条失稳情况。由图18可知，当纵向筋条间距为11mm时，整体壁板没有产生失稳弯曲，纵向筋条的存在故障了横向筋条的变形，使整体壁板变形更均匀。筋条间距由21mm增至31mm时，筋条温度过高时，且压弯中心线处无纵向筋条，整体壁板中心处受力情况得到改善，失稳水平反而减幼。压弯中心线处无纵向筋条时，纵向筋条间距越大，横向筋条越容易失稳，成形最终失稳水平越大。

3、结论

成立了Ti55合金通电压弯的电-热-结构多场耦合仿照模型并进行仿照，对施加分歧电流密度的整体壁板温度场进行分析，为获得Ti55合金相宜的成形温度和预防温度过高壁板氧化严沉，在壁板端施加8A/mm²电流密度能获得相宜的压弯温度区间。

整体壁板随着筋条高度的增长，筋条失稳愚笨水平越来越大。筋条高度越高，筋条起头的失稳的功夫也越早，筋条失稳时所需的临界载荷越幼，产生失稳的功夫越短，筋条的不变性越差。

腹板厚度重要是影响筋条的温度从而影响壁板压弯过程中筋条的失稳，这与电流密度对筋条失稳的影响相类似。

整体壁板纵向筋条间距增大，筋条不变性越差，筋条失稳愚笨也越严沉。

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（原文标题：Ti55钛合金整体壁板电脉冲辅助压弯成形失稳钻研）