基于DEFORM的DMFW主飞轮旋压成形数值模拟.docx

基于DEFORM的DMFW主飞轮旋压成形数值模拟
摘要
动量轮飞行器是一种用于空间推进和姿态控制的重要设备，主飞轮作为其核心部件，其旋压成形质量直接影响飞行器的性能。DEFORM软件是广泛应用于金属加工领域的一款数值模拟软件，可实现主飞轮旋压成形过程的有限元模拟。本文以一种新型的动量轮飞行器主飞轮为对象，采用DEFORM软件进行数值模拟研究，通过分析主飞轮旋压成形过程中的应力场、应变场以及成形力变化规律，探讨了成形过程中的主要影响因素，为主飞轮的旋压成形提供了理论依据和实验指导。
关键词：动量轮飞行器；主飞轮；旋压成形；有限元模拟；DEFORM
Abstract
Momentumwheelflywheelisanimportantequipmentforspacepropulsionandattitudecontrol.Thequalityofthespinningformingofthemainflywheel,asthecorecomponentoftheequipment,directlyaffectstheperformanceoftheflywheel.DEFORMsoftwareisanumericalsimulationsoftwarewidelyusedinthefieldofmetalprocessing,whichcansimulatethespinningformingprocessofthemainflywheel.Inthispaper,anewtypeofmomentumwheelflywheelistakenastheobject,andDEFORMsoftwareisusedtocarryoutnumericalsimulationresearch.Byanalyzingthestressfield,strainfieldandformingforcechangeinthespinningformingprocessofthemainflywheel,themaininfluencingfactorsintheformingprocessarediscussed,whichprovidestheoreticalbasisandexperimentalguidanceforthespinningformingofthemainflywheel.
Keywords:Momentumwheelflywheel;Mainflywheel;Spinningforming;Finiteelementsimulation;DEFORM
一、引言
动量轮飞行器是一种用于空间推进和姿态控制的重要设备，其核心是由主飞轮和陀螺轮组成的动量控制系统。主飞轮在飞行器工作过程中需要承担巨大的往复转动力矩和惯性力矩，其旋压成形质量直接影响飞行器的性能。因此，研究主飞轮的成形过程和性能是动量轮飞行器设计与制造中的一个重要课题。
旋压成形是制造大型和复杂、负荷要求高的零部件的重要成形工艺之一。旋压成形是指利用压辊在板材上施加作用力，由圆锥面、球面或者柱面上的滚动运动形成所需要的几何形状的成形工艺。由于其具有成本低、成形质量高、适应性好等优点，旋压成形被广泛应用于飞行器主飞轮等部件的生产制造中。
DEFORM软件是广泛应用于金属加工领域的一款多物理场数值模拟软件，具有稳定性和灵活性强等优势。使用DEFORM软件可以对材料成形、变形、塑性加工等过程进行有限元分析，为工件的加工过程提供可靠的理论支持和实验指导。本文以一种新型的动量轮飞行器主飞轮为对象，采用DEFORM软件进行数值模拟研究，探讨了成形过程中的主要影响因素，为主飞轮的旋压成形提供了理论依据和实验指导。
二、DEFORM软件的有限元分析原理
（1）有限元法的基本原理
有限元法是一种计算连续体力学问题的数学方法，该方法通过将求解区域离散成若干个小的基本力学单元，将每个小的基本力学单元看作一个部分微分方程的模型，将连续微分方程模型离散化成有限个关于解的未知数的代数方程，然后通过对这些代数方程进行求解，得到所需的计算结果。
（2）DEFORM软件的基本原理
DEFORM是一种基于有限元技术的多学科、多物理场的数值模拟软件，可模拟金属加工过程的变形、应力、温度、力学和细化晶粒等变化情况。DEFORM软件具有较强的可扩展性和灵活性，可根据不同的加工过程和不同的问题进行模拟，得到较为准确的分析计算结果。
DEFORM软件基本操作流程为：建模-设置模型参数-定义材料-定义工艺-网格划分-计算分析-结果输出。通过建立有限元模型描述材料加工体系的变形与应力变化，模拟出成形过程中的各种力学和物理现象，实现对成形过程中的力学性能和物理特性的分析及优化。
三、数值模拟方法
（1）主飞轮结构分析
主