【摘要】：薄壁件廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、船舶等領(lǐng)域中,其中,航空薄壁件(Aeronautical Sheet Metal Part,ASMP)更是由于尺寸大、厚度薄、剛度差,在制造過程中存在難定位、易變形、外形準(zhǔn)確度難以保證等問題。工程中一般采用工裝夾具來控制ASMP在加工、裝配和檢測(cè)等制造工藝過程中的變形,保障ASMP的定位精度及外形準(zhǔn)確度,然而夾具的設(shè)計(jì)主要依賴經(jīng)驗(yàn),缺乏科學(xué)的理論指導(dǎo)。合理高效地進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)是減少航空薄壁件制造變形,提高薄壁件制造精度與效率的重要途徑。對(duì)于ASMP夾具設(shè)計(jì),其核心任務(wù)就是如何確定最優(yōu)定位布局使得薄壁件在制造過程中變形最小,同時(shí)能夠滿足設(shè)計(jì)效率高、設(shè)計(jì)周期短的要求。針對(duì)上述問題,本文以航空薄壁件設(shè)計(jì)特征為先驗(yàn)約束,以控制變形為目標(biāo)求解夾具定位布局,提出了基于先驗(yàn)約束的ASMP夾具定位布局規(guī)劃方法,并構(gòu)建了面向航空薄壁件的“(N_1+N_2)-2-1”定位準(zhǔn)則,開發(fā)了夾具定位布局規(guī)劃原型系統(tǒng),研制了多點(diǎn)柔性定位實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái),驗(yàn)證了本論文所提方法的有效性和正確性。基于“(N_1+N_2)-2-1”定位準(zhǔn)則,研究關(guān)鍵定位特征先驗(yàn)約束下結(jié)合代理模型與進(jìn)化算法的ASMP夾具定位布局規(guī)劃技術(shù),在實(shí)現(xiàn)夾具定位布局優(yōu)化的同時(shí)減少有限元計(jì)算時(shí)間,能夠滿足ASMP制造過程的控制變形要求,同時(shí)提升夾具設(shè)計(jì)效率。全文主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:1)針對(duì)航空薄壁件夾具定位布局設(shè)計(jì)問題,提出了基于先驗(yàn)約束的ASMP定位布局規(guī)劃方法,構(gòu)建了面向航空薄壁件的“(N_1+N_2)-2-1”定位準(zhǔn)則。在“N-2-1”定位原理的基礎(chǔ)上,將航空薄壁件第一基準(zhǔn)面的N個(gè)定位點(diǎn)分為關(guān)鍵特征定位點(diǎn)N_1和控制變形定位點(diǎn)N_2;通過定位特征的識(shí)別與優(yōu)選確定關(guān)鍵特征定位點(diǎn)N_1,并以此作為先驗(yàn)約束對(duì)控制變形定位點(diǎn)N_2布局進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),從而構(gòu)建了基于“(N_1+N_2)-2-1”定位準(zhǔn)則的結(jié)合定位特征識(shí)別與優(yōu)選、代理模型及進(jìn)化算法的航空薄壁件夾具定位布局總體規(guī)劃方法。2)通過對(duì)航空薄壁件定位特征進(jìn)行分析與建模,提出了結(jié)合屬性鄰接圖、自定義規(guī)則與層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)的ASMP定位特征識(shí)別與優(yōu)選方法。在分析ASMP定位特征屬性的基礎(chǔ)上,建立了航空薄壁件元組定位特征模型;將薄壁件MBD模型中拓?fù)潢P(guān)系表示為面邊屬性鄰接圖,對(duì)屬性鄰接圖中的定位特征進(jìn)行識(shí)別提取;以定位特征的幾何及物理信息作為判斷依據(jù),自定義規(guī)則完成定位特征分類;基于AHP計(jì)算各候選定位特征對(duì)目標(biāo)關(guān)鍵定位特征的隸屬程度,分析各組合權(quán)重值,實(shí)現(xiàn)對(duì)定位特征排序并確定關(guān)鍵定位特征。3)以關(guān)鍵定位特征為先驗(yàn)約束,對(duì)航空薄壁件控制變形定位點(diǎn)布局進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),構(gòu)建了FPA-SVR預(yù)測(cè)代理模型,并提出了基于花授粉算法(Flower Pollination Algorithm,FPA)的支持向量回歸(Support Vector Regression,SVR)參數(shù)優(yōu)化方法。應(yīng)用FPA對(duì)SVR的超參數(shù)組合進(jìn)行優(yōu)化,建立增強(qiáng)型FPA-SVR代理模型,并通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集進(jìn)行算例分析;以關(guān)鍵定位特征為先驗(yàn)約束,建立航空薄壁件定位參數(shù)化有限元模型,結(jié)合拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)(Latin Hypercube Design,LHD)生成SVR訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本;通過學(xué)習(xí)有限樣本集,構(gòu)建航空薄壁件先驗(yàn)約束下控制變形定位點(diǎn)布局FPA-SVR預(yù)測(cè)代理模型。4)提出了基于FPA-SVR代理模型與NSGA-II進(jìn)化算法的航空薄壁件夾具定位布局多目標(biāo)優(yōu)化方法。以航空薄壁件先驗(yàn)約束下控制變形定位點(diǎn)布局為設(shè)計(jì)變量,以最小化薄壁件受載條件下的變形指標(biāo)為多重優(yōu)化目標(biāo),建立了ASMP定位布局多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型;在FPA-SVR代理模型的基礎(chǔ)上,應(yīng)用NSGA-II進(jìn)化算法搜索航空薄壁件定位布局Pareto最優(yōu)解集,為ASMP定位布局多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。最后,設(shè)計(jì)了一種航空薄壁件柔性?shī)A具定位布局規(guī)劃實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案,開發(fā)了基于先驗(yàn)約束的航空薄壁件定位布局規(guī)劃原型系統(tǒng),研制了面向曲面薄壁件的多點(diǎn)柔性定位實(shí)驗(yàn)平臺(tái);以全文應(yīng)用實(shí)例中的飛機(jī)中機(jī)身蒙皮比例件作為實(shí)例,通過對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算結(jié)果,驗(yàn)證了本論文所提航空薄壁件定位布局規(guī)劃方法的可行性和正確性。
【圖文】：

航空薄壁件MBD模型

孔面提取結(jié)果
【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】：2018
【分類號(hào)】：V261

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