蒙皮件是构成飞机气动外形的主要零件,具有种类多、数量少、结构复杂、外形尺寸大等特点,约占飞机零件总数量的70%。随着航空工业的飞速发展,对蒙皮件的需求逐渐增多,质量要求越来越高,但是蒙皮件的制造仍沿用传统整体模具拉形技术。传统拉形方法每一个零件都要一个或者一套型面复杂的拉形模具,而且这类零件的种类很多,使得所需的模具数量极大,生产周期长,而且这类模具重量大、体积大,占用很大的存储面积,所以传统整体拉形技术已经不适应现代制造业的要求,迫切需要一种新的技术,改变蒙皮件钣金零件落后的生产现状。多点拉形技术是一种新的板料柔性成形技术,既可以减小成形件的回弹,同时由于多点拉形模具可以构造出不同的成形曲面,又能实现柔性化成形。多点拉形不需要模具,省去了大量的模具设计、制造及调试的时间和费用,实现了蒙皮件的低成本、高效率、数字化成形。目前多点拉形技术被成功应用到飞机蒙皮件和高速列车车头生产中。本文通过商业有限元软件ABAQUS对多点拉形进行了系统的研究,探讨了局部变形缺陷、模具型面连续化方法、离散模式及基本参数的影响、多点拉形成形精度及模具型面的补偿方法等内容。研究的主要内容和结论如下：1.拉形过程的理论分析基于三种材料模型对拉形过程进行了分析,给出了弯曲变形和弯曲拉伸组合变形中的回弹率与残余应力的计算公式。分析表明拉形的回弹小于纯弯曲的回弹的主要原因是拉形中的拉伸作用减小了截面的弯矩,数值计算表明,补拉量为0.5%时,拉形的回弹量是纯弯曲的10%。理论计算和多点拉形数值模拟结果的比较,表明这些公式可用于横向曲率不大的曲面件多点拉形分析计算。2.多点拉形有限元模型的建立对多点拉形有限元模型建立过程中涉及到的板料材料模型和弹性垫材料模型做了分析,描述了模型的离散化过程和约束条件的处理,建立了基于ABAQUS的多点拉形有限元模型。通过数值模拟结果确定了板料和弹性垫的单元尺寸和在厚度方向上划分的层数以及多点拉形中接触面之间的摩擦系数。基于有限元离散化的思想,提出了确定拉形轨迹的新方法,开发了相关的程序,并通过模拟实际蒙皮件的成形,验证了这种方法的可行性。对不同加载轨迹下的成形结果进行分析,提出了优化成形轨迹的方法。3.多点拉形局部变形和局部应力分析比较了传统整体模具拉形和多点拉形的成形结果,发现两种拉形成形件的厚度变化趋势相同,但是多点拉形成形件厚度变化起伏明显,表明成形件上产生了局部应力和局部变形。采用实体单元对多点拉形中板料的变形过程进行了分析,发现成形件上不同层上应力和应变的分布不同。和基本体接触的板料的最内层在接触区域厚向应力发生了明显的起伏,而板料的最外层应力很小；在板料的最内层,厚向应变向负方向突变,而在板料的最外层向正方向突变。这说明形成局部变形的过程,是一个弯曲和类似胀形的过程。弯曲使板料最外层拉伸减薄,厚向应变向负方向变化,最内层压缩增厚,厚向应变向正方向变化。类似胀形的作用使板料减薄,在二者的共同作用下,板料上表面的减薄更严重,厚向应变的起伏更大。对影响板料局部变形的三个因素做了分析,发现随着板料厚度的增加,成形件的局部变形越小；成形件的弯曲程度越大,局部变形越严重；不同材料成形件的局部变形情况比较接近,但随着材料屈服极限的增加局部变形有增大的趋势。4.模具型面连续化方法及缺陷的抑制通过对柱面件和球面件厚向应变的分析,发现弹性垫越厚,厚向应变波动越小,说明了弹性垫越厚,抑制成形件局部变形的作用越好。对使用不同厚度弹性垫成形件的精度进行了分析,发现弹性垫的厚度越大,成形误差越大。获得了弹性垫相对厚度和厚向应变差、平均成形误差成形误差的关系曲线。根据这些曲线,综合考虑弹性垫抑制局部变形的作用以及对成形精度的影响,可以在不同基本体尺寸下确定最优的弹性垫得：在一般情况下,成形柱面件时应使用与基本体尺寸相当厚度的弹性垫,成形球面件时弹性垫的厚度应取为基本体尺寸的大约1.25倍,这一结果也可用于成形其他它柱面类或者球面类形状零件时参考。分析了这种充液垫技术对局部变形的抑制作用和对成形精度的影响,发现使用厚度较小的充液垫,既可以抑制局部变形缺陷,同时又提高了成形精度。为了能更好地抑制局部变形,在多点拉形的基础上,提出了可重构单向连续拉形技术。通过对柱面件和球面件的数值模拟,验证了这种技术可以在很大程度上减小局部变形,同时还能提高了成形件的精度5.模具的离散模式及基本参数对成形的影响尺寸大小是基本体的关键因素,通过分析基本体尺寸对表面质量和成形精度的影响,获得了各种条件下不同尺寸基本体的成形误差曲线,应用这些误差曲线,可以在实际应用中选择最优的基本尺寸。通过对基本体的排列方式的分析,发现基本体交错排列可以减轻拉形沟缺陷对成形件的影响,提高成形件的表面质量和成形精度。通过分析基本体球头半径对局部变形缺陷和成形精度的影响,以及多点拉形模具成形零件的范围,基本体的λ可取为30°,根据这个关系可以确定基本体的球头半径。对摆头基本体单元的多点拉形进行了分析,它可以增加基本体的球头半经,可用于成形弯曲程度较大的零件,并通过数值模拟验证了摆头基本体可以提高成形件的质量。6.多点拉形的成形精度分析及模具型面补偿方法对多点拉形过程中产生的成形误差进行分析,确定了多点拉形的成形误差主要由弹性垫引起形的误差和回弹引起误差构成。分析了弹性垫的厚度、几何形状、应变、板厚和材料等因素对回弹和成形误差的影响规律。在对多点拉形成形误差分析的基础上,提出了基于补偿成形误差的方法来修正多点拉形模具型面的方法。在对模具型面的修正过程中涉及的模具型面的造型方面,提出了三角形网格造型技术。基于三角形离散化的思想和一种新的ICP算法,通过对成形件曲面和目标曲面的配准,利用三角形单元插值计算成形件的成形误差,对模具型面进行修正。对飞机和高速列车车头蒙皮件的多点拉形过程进行了数值模拟,根据误差分析结果,对模具型面进行了修正,发现经过两次修正后,成形件的成形误差减小了80%以上,并进行了成形实验,验证了多点拉形的成形效果和多点拉形模具修正方法的可行性。