本文關(guān)鍵詞：飛機(jī)非線性裝配偏差分析與容差協(xié)同分配方法研究

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【摘要】：數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)代表了飛機(jī)裝配協(xié)調(diào)技術(shù)的發(fā)展方向,對(duì)提高飛機(jī)裝配精度和成功率、縮短研制周期、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。當(dāng)前,我國(guó)在數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術(shù)的基本原理和體系組成上已有較為廣泛的認(rèn)識(shí),但對(duì)于數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)中的偏差傳遞建模、分析和容差分配等基礎(chǔ)理論的理解和掌握尚需深入,不利于數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術(shù)的深度應(yīng)用和功效的全面發(fā)揮。一方面,飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和形狀復(fù)雜、零部件/工裝數(shù)量大、工藝流程長(zhǎng),裝配中產(chǎn)生的尺寸、位置和形狀等偏差之間具有高度非線性和交叉?zhèn)鬟f特性,使得裝配偏差傳遞建模和分析極為困難;另一方面,由于以三維模型為協(xié)調(diào)依據(jù),導(dǎo)致在模擬量裝配協(xié)調(diào)中積累的容差分配知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)不再適用,設(shè)計(jì)人員很難準(zhǔn)確地依托三維模型完成容差分配。針對(duì)上述問(wèn)題,本文以三維模型為基礎(chǔ),以關(guān)鍵特性的產(chǎn)生和傳遞為線索,研究非線性裝配偏差傳遞建模、分析與容差分配方法,旨在豐富我國(guó)數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)理論和技術(shù)體系。主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新性工作如下:1)提出了非線性裝配偏差傳遞過(guò)程的加權(quán)圖樹表達(dá)方法。首先,分析了與裝配偏差傳遞建模相關(guān)的業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)及信息,分別建立了層次關(guān)系樹、派生配合約束圖、特征公差圖、裝配順序表達(dá)方法及偏差表達(dá)方法;其次,提出了裝配偏差傳遞過(guò)程的加權(quán)圖樹模型及構(gòu)建規(guī)則,實(shí)現(xiàn)了裝配偏差傳遞信息的集成表達(dá),并建立了加權(quán)圖樹模型的實(shí)例化流程及方法;最后,建立了加權(quán)圖樹模型的非線性關(guān)系視圖,提取了裝配偏差傳遞中的非線性關(guān)系。上述方法解決了裝配偏差非線性、跨階交叉?zhèn)鬟f過(guò)程的表達(dá)問(wèn)題,為飛機(jī)裝配偏差分析和容差分配提供了基礎(chǔ)模型。2)提出了關(guān)鍵特性量化和推理式識(shí)別方法。針對(duì)關(guān)鍵產(chǎn)品特性(KPC)識(shí)別:建立了拓展派生配合約束圖,以此為基礎(chǔ)提出了KPC備選特性搜索方法;引入田口質(zhì)量損失理論,提出了KPC備選特性影響度評(píng)估方法,并依據(jù)KPC備選特性影響度的相對(duì)大小完成了KPC識(shí)別。針對(duì)關(guān)鍵控制特性(KCC)識(shí)別:分析了產(chǎn)品-零件-配合約束-KCC之間的層次結(jié)構(gòu)及推理關(guān)系,給出其多色集合圍道矩陣表達(dá)方法;以圍道矩陣為基礎(chǔ),提出了KCC推理式識(shí)別的算法流程。上述方法克服了現(xiàn)有關(guān)鍵特性識(shí)別方法依賴于工程經(jīng)驗(yàn)且相關(guān)工藝知識(shí)不易表達(dá)的不足,將裝配偏差傳遞建模問(wèn)題映射在一個(gè)由關(guān)鍵特性構(gòu)成集合中。3)提出了裝配偏差的“Kriging-QMC”兩階段分析方法。首先,將裝配偏差分析歸納為配合約束向定位點(diǎn)約束轉(zhuǎn)化和零件定位模型求解兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題;然后,以幾何穩(wěn)定性為評(píng)價(jià)指標(biāo)建立了定位點(diǎn)選取的理論方法,提出了面面配合約束、孔銷配合約束中的定位點(diǎn)耦合偏差計(jì)算方法;最后,以Kriging方法為理論基礎(chǔ),建立了定位點(diǎn)耦合偏差與零件位姿偏差之間的近似關(guān)系,使裝配偏差分析過(guò)程由“隱式”轉(zhuǎn)變?yōu)椤帮@式”并降低非線性程度;以低差異序列抽樣替代蒙特卡洛法中的隨機(jī)抽樣,提出了基于擬蒙特卡洛法(QMC)的零件位姿參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析方法,提高了裝配偏差統(tǒng)計(jì)分析的收斂效率。上述方法改進(jìn)了蒙特卡洛法在多偏差、多分布、非線性裝配偏差分析時(shí)的低效率問(wèn)題,同時(shí)繼承了蒙特卡洛法計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單、通用性好的優(yōu)點(diǎn)。4)提出了裝配容差協(xié)同分配模型及求解方法。首先,依托加權(quán)圖樹模型的非線性關(guān)系視圖,建立了裝配容差協(xié)同分配結(jié)構(gòu)框架,將裝配容差分配問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一系列子問(wèn)題;然后,分析了裝配容差協(xié)同分配中的數(shù)據(jù)流,以此為基礎(chǔ)建立了裝配容差協(xié)同分配模型;最后,采用增廣拉格朗日方程建立了裝配容差協(xié)同分配模型的協(xié)調(diào)策略,并建立了基于遺傳算法的子問(wèn)題求解方法。上述方法改善了裝配容差多決策變量非線性優(yōu)化時(shí),目標(biāo)函數(shù)和約束條件不易建立的問(wèn)題,同時(shí)有效利用了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和裝配過(guò)程的層次組織帶來(lái)的“分治、協(xié)同、并行”特性。全文以某型飛機(jī)的登機(jī)門為實(shí)例,完成了登機(jī)門的加權(quán)圖樹模型構(gòu)建、KPC量化識(shí)別、KCC推理式識(shí)別、裝配偏差分析、裝配容差分配。實(shí)例分析結(jié)果驗(yàn)證了本文提出的飛機(jī)非線性裝配偏差分析與容差協(xié)同分配方法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V262.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1157872