【摘要】：薄壁件廣泛應用于航空、航天、汽車、船舶等領域中,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、裝配和檢測等制造工藝過程中的變形,保障ASMP的定位精度及外形準確度,然而夾具的設計主要依賴經(jīng)驗,缺乏科學的理論指導。合理高效地進行夾具設計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。對于ASMP夾具設計,其核心任務就是如何確定最優(yōu)定位布局使得薄壁件在制造過程中變形最小,同時能夠滿足設計效率高、設計周期短的要求。針對上述問題,本文以航空薄壁件設計特征為先驗約束,以控制變形為目標求解夾具定位布局,提出了基于先驗約束的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”定位準則,開發(fā)了夾具定位布局規(guī)劃原型系統(tǒng),研制了多點柔性定位實驗驗證平臺,驗證了本論文所提方法的有效性和正確性�；凇�(N_1+N_2)-2-1”定位準則,研究關鍵定位特征先驗約束下結(jié)合代理模型與進化算法的ASMP夾具定位布局規(guī)劃技術,在實現(xiàn)夾具定位布局優(yōu)化的同時減少有限元計算時間,能夠滿足ASMP制造過程的控制變形要求,同時提升夾具設計效率。全文主要研究內(nèi)容及成果如下:1)針對航空薄壁件夾具定位布局設計問題,提出了基于先驗約束的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”定位準則。在“N-2-1”定位原理的基礎上,將航空薄壁件第一基準面的N個定位點分為關鍵特征定位點N_1和控制變形定位點N_2;通過定位特征的識別與優(yōu)選確定關鍵特征定位點N_1,并以此作為先驗約束對控制變形定位點N_2布局進行優(yōu)化設計,從而構(gòu)建了基于“(N_1+N_2)-2-1”定位準則的結(jié)合定位特征識別與優(yōu)選、代理模型及進化算法的航空薄壁件夾具定位布局總體規(guī)劃方法。2)通過對航空薄壁件定位特征進行分析與建模,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定位特征識別與優(yōu)選方法。在分析ASMP定位特征屬性的基礎上,建立了航空薄壁件元組定位特征模型;將薄壁件MBD模型中拓撲關系表示為面邊屬性鄰接圖,對屬性鄰接圖中的定位特征進行識別提取;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計算各候選定位特征對目標關鍵定位特征的隸屬程度,分析各組合權重值,實現(xiàn)對定位特征排序并確定關鍵定位特征。3)以關鍵定位特征為先驗約束,對航空薄壁件控制變形定位點布局進行優(yōu)化設計,構(gòu)建了FPA-SVR預測代理模型,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。應用FPA對SVR的超參數(shù)組合進行優(yōu)化,建立增強型FPA-SVR代理模型,并通過標準數(shù)據(jù)集進行算例分析;以關鍵定位特征為先驗約束,建立航空薄壁件定位參數(shù)化有限元模型,結(jié)合拉丁超立方試驗設計(Latin Hypercube Design,LHD)生成SVR訓練樣本和測試樣本;通過學習有限樣本集,構(gòu)建航空薄壁件先驗約束下控制變形定位點布局FPA-SVR預測代理模型。4)提出了基于FPA-SVR代理模型與NSGA-II進化算法的航空薄壁件夾具定位布局多目標優(yōu)化方法。以航空薄壁件先驗約束下控制變形定位點布局為設計變量,以最小化薄壁件受載條件下的變形指標為多重優(yōu)化目標,建立了ASMP定位布局多目標優(yōu)化數(shù)學模型;在FPA-SVR代理模型的基礎上,應用NSGA-II進化算法搜索航空薄壁件定位布局Pareto最優(yōu)解集,為ASMP定位布局多目標優(yōu)化設計提供理論指導。最后,設計了一種航空薄壁件柔性夾具定位布局規(guī)劃實驗驗證方案,開發(fā)了基于先驗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柔性定位實驗平臺;以全文應用實例中的飛機中機身蒙皮比例件作為實例,通過對比分析實驗數(shù)據(jù)與理論計算結(jié)果,驗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
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V261

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