答辩博士：樊龙欣
指导老师：李亮教授
论文题目：整体构件加工变形的能量原理和稳定性控制技术研究
答辩委员会：
主席：汤文成 教授 东南大学
委员：谭业发 教授 陆军工程大学
何 宁 教授 南京航空航天大学
左敦稳 教授 南京航空航天大学
丁文锋 教授 南京航空航天大学
秘书：陆俊华 副教授 南京航空航天大学
时间：2021年07月12日14:30
地点：南航明故宫校区17#401
学位论文简介：
整体结构件的广泛使用使得飞机更轻更强，也导致加工变形问题更复杂更严重。本文重点基于初始残余应力研究了整体构件加工变形的能量原理、加工最终变形量控制方法、加工过程变形稳定性控制方法以及基于拓扑优化方法的工艺过程结构设计方法，主要研究内容如下：
(1) 阐明了初始残余应力导致加工变形的能量原理并进行了验证。分析了加工变形过程的功能转换，指出应力重分布过程中，部分应变能释放做功导致加工变形，应力重分布的结果符合最小势能原理。基于能量指标构建了加工过程变形快速评估模型，提出了能量演变分析方法，并在长梁类和隔框类整体构件进行了验证。
(2) 提出了长梁类零件加工后弯曲变形量控制方法。以零件所含的初始弯曲应变能作为最终零件弯曲变形的评价指标，提出了一种基于能量原理的长梁类零件最终变形的评估和控制方法，并通过典型梁类缩比件进行验证。
(3) 提出了整体构件加工变形稳定性控制方法。定义了加工变形稳定性和弯曲势能指标，提出了一种通过优化材料去除顺序来提高加工变形稳定性的方法。通过长梁类结构加工进行了试验验证，结果表明该方法具有良好的加工变形稳定性控制效果，同时在变形稳定阶段开始时对加工基准进行精加工可以进一步减小最终变形。
(4) 面向高效精密加工，提出一种基于拓扑优化理论的工艺过程结构优化设计方法。在逆向分析零件的加工过程的基础上，提出了将结构拓扑优化与加工变形控制相融合的工艺设计思路。采用变密度法建立了工艺结构拓扑优化设计模型，以过程变形与最终变形之差的绝对值最小为目标函数，以结构几何外形为约束条件，通过推导目标函数和约束条件对设计变量的灵敏度，提出了一种基于移动渐近线方法(MMA, Method of Moving Asymptotes)拓扑优化设计模型的求解方法。通过优化零件粗加工的工艺过程结构，并在粗加工结束后对加工基准进行精加工，可以减小最终变形量。
论文主要创新点如下：
(1) 首先从能量转化的角度，揭示出应力重分布过程中，部分应变能释放做功导致加工变形，应力重分布的结果符合最小势能原理。以此为基础，提出了应力重分布的简捷求解方法，进而针对典型的长梁类和隔框类零件，建立了基于残余应力的加工过程变形快速评估模型，并仿真验证了模型的准确性。并且以毛坯所在部位所含的初始弯曲应变能作为最终零件弯曲变形危险性的评价指标，提出了一种基于能量原理的长梁类零件最终变形的评估和控制方法。
(2) 针对整体构件加工过程的变形变化，定义了加工变形稳定性和弯曲势能指标，基于对加工过程弯曲势能转化的分析，提出了一种通过优化材料去除顺序来提高加工变形稳定性的方法。在控制加工变形稳定性的基础上，通过在精加工过程变形稳定阶段开始时对加工基准进行再加工，进一步减小最终变形。
(3) 提出了一种面向整体构件高效加工和变形控制的工艺过程结构优化设计方法。该方法的核心思想是基于零件的设计结构，逆向分析零件加工过程，提出了结构拓扑优化与加工变形分析的理论融合思路。以此为基础，针对等截面航空长梁类零件，建立了设计目标为工艺过程结构变形与最终零件变形之差的绝对值最小的拓扑优化模型，并仿真验证了模型的准确性。
