近些年,夹芯板以其优良的综合性能和灵活的结构设计成为先进工程材料领域的研究热点。因其具备轻质、高比强度、高比刚度、抗冲击等优异的结构性能以及隔热隔音、减振、电磁屏蔽等多功能特性,已被广泛应用于航天航空、汽车工程、高速列车、船舶以及建筑等领域。随着制造业对产品外形多样化的要求不断提高,对夹芯板曲面的需求也愈加迫切。目前,夹芯板曲面多为胶结固化法制备的复合夹芯板曲面,其生产成本高,力学性能和使用寿命受胶粘剂的制约。而传统全金属夹芯板具有典型的难成形特点,成形过程中容易发生面板起皱、断裂以及夹芯剪切破坏等失效形式,导致其应用多限于平面结构形式,严重限制了夹芯板的应用潜力。因此,探究利用传统塑性成形方法实现曲面成形的夹芯板具有重要意义。双向梯形夹芯板是一种新型夹芯结构的焊接金属夹芯板,其夹芯结构为面内两个垂直方向上交错排列的梯形凸凹波纹,克服了传统轻质夹芯如点阵夹芯剪切强度低导致弯曲时容易剪切失效的缺点,同时灵活的几何结构增加了夹芯板针对成形性能的可设计性。目前鲜有关于金属夹芯板直接曲面成形的研究成果,亟需开展探索性的研究。本文采用数值模拟、理论分析和实验测量相结合的方法,对双向梯形夹芯板曲面成形过程中的变形特点、缺陷模式、可成形性、夹芯等效、成形精度、以及夹芯板几何参数影响进行了系统地研究。本文研究的主要内容和结果如下:1.建立双向梯形夹芯板多点对压成形曲面的有限元模型,对模型的网格敏感与质量放大系数进行分析,得到了既能真实反映实际成形结果又能提高运算效率的模型。在此基础上,利用有限元模拟的方法对双向梯形夹芯板曲面成形过程中的变形特点、缺陷模式以及成形质量进行研究。结果表明,变形主要集中在面板上,且面板焊接区域的变形明显小于非支撑区,夹芯的变形主要通过斜面与底面夹角改变实现,变形后大部分区域仍处于弹性变形范围内。该夹芯板曲面成形过程中的缺陷模式主要有面板折皱、局部凹陷、总体屈曲、局部直面效应以及夹芯侧壁屈曲。随着变形程度的减小,夹芯板成形缺陷逐渐消失,成形质量提高。2.从双向梯形夹芯板曲面成形缺陷的宏观与细观两个方面入手,对限制该夹芯板曲面成形的面板折皱、局部凹陷以及总体屈曲三种典型的缺陷模式进行了研究。利用数值模拟分析了缺陷在整个塑性成形过程中的萌生、发展及演化过程,并通过观察缺陷的细观几何特点,确定了各种缺陷萌生时的失稳形态。在此基础上建立了三种典型缺陷基于夹芯板材料参数与几何参数的理论预测模型,给出了夹芯板总体屈曲的临界曲率半径、面板折皱的临界曲率半径与临界应力以及面板局部凹陷的临界应力的理论解析方程。并利用有限元模拟以及实验方法验证了理论预测模型的可靠性。3.研究了双向梯形夹芯的几何参数对缺陷模式的影响,理论预测和数值模拟结果表明:塑性成形曲面过程中,夹芯胞元尺寸较小的薄夹芯板容易发生总体屈曲缺陷,而夹芯胞元较大的厚夹芯板容易发生面板屈曲缺陷;对于面板局部凹陷与面板折皱,当夹芯焊接平台长度与宽度接近时,面板局部凹陷为最先发生的缺陷,而当夹芯焊接平台长度与宽度相差较大时,面板折皱为最先发生的缺陷。分析了面板厚度、夹芯厚度、胞元特征尺寸以及成形方式对可成形性的影响,发现增大面板厚度、减小夹芯厚度以及减小胞元特征尺寸都能够不同程度提高夹芯板的可成形性;对于鞍面等负高斯曲面,夹芯焊接平台长宽比越大,夹芯板两种成形方式的可成形性差异越大。基于理论预测模型,发现夹芯焊接平台合理的长宽比可以提高夹芯板可成形性,而使面板折皱与局部凹陷的临界应力越接近的夹芯板可成形性越好。4.基于修正Hoff理论假设得出夹芯板刚度常数和弹性常数之间的关系,据此采用结合有限元的半解析法计算出双向梯形夹芯的等效弹性常数,该方法无需考虑夹芯的复杂结构。分析了双向梯形夹芯板柱面成形时面板与夹芯的内力分布及应力中性层变化,在此基础上推导了夹芯板成形的回弹计算模型。与数值模拟结果对比表明,模型能够准确、快速地计算夹芯板面板切向应力与横截面弯矩。通过与多点成形实验结果的误差分析验证了回弹计算的精确性。5.根据上述研究得到双向梯形夹芯板曲面的极限成形范围,在可成形范围内对夹芯板成形了三种类型的曲面实验件,发现实验件表面比较光滑,均未出现成形缺陷,验证了多点对压方法成形夹芯板曲面的可行性。利用三维激光扫描仪获得实验件的形状点云,进行厚度与形状误差分析,结果表明,不同成形半径的实验件厚度均发生了减薄,且成形半径较小的实验件减薄量较大,塑性成形方法在成形胞元较小的薄夹芯板曲面时具有较高的成形精度以及稳定性,在成形较厚的夹芯板曲面时也能获得不错的成形精度。塑性成形可作为一种经济、高效的夹芯板曲面加工方法。