發(fā)布時(shí)間：2020-09-19 21:21

　　 自動(dòng)鉆鉚作為飛機(jī)裝配過(guò)程中的重要環(huán)節(jié),是實(shí)現(xiàn)飛機(jī)自動(dòng)化裝配的重要技術(shù)手段。由于壁板剛度小、鉆鉚點(diǎn)位數(shù)量多,使得鉚接裝配產(chǎn)生的整體變形,嚴(yán)重影響了飛機(jī)的裝配準(zhǔn)確度和協(xié)調(diào)性,降低了飛機(jī)的使用壽命。因此,提出一種基于實(shí)際鉆鉚規(guī)劃且準(zhǔn)確高效的飛機(jī)壁板鉚接變形預(yù)測(cè)方法,對(duì)控制飛機(jī)裝配變形具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。本文以機(jī)身壁板MBD數(shù)模為研究對(duì)象,基于鉚接變形的形成機(jī)理,實(shí)現(xiàn)了壁板批量鉚接變形的有效預(yù)測(cè)。主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)根據(jù)鉚接工藝需求和MBD數(shù)模數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),開(kāi)發(fā)了鉆鉚點(diǎn)工藝參數(shù)信息提取與校驗(yàn)?zāi)K,在此基礎(chǔ)上,以鉆鉚點(diǎn)信息為輸入量,實(shí)現(xiàn)了壁板數(shù)模的批量制孔研究,完成了壁板有限元仿真模型的幾何構(gòu)建。(2)通過(guò)分析單釘鉚接引起的局部場(chǎng)數(shù)據(jù)分布規(guī)律,提出了基于局部分層的位移場(chǎng)映射方法。以層節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象,有效減少了以單個(gè)節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象的工作強(qiáng)度大的問(wèn)題,并通過(guò)模型對(duì)比驗(yàn)證了方法的有效性。(3)針對(duì)多釘鉚接數(shù)值仿真耗時(shí)長(zhǎng)的特點(diǎn),以單釘鉚接變形位移場(chǎng)為邊界條件,采用分層映射算法,構(gòu)建了批量鉚接變形預(yù)測(cè)模型,并分析了工程應(yīng)用中常用的鉚接順序產(chǎn)生的變形情況。在擇優(yōu)出較為理想的鉚接順序下,通過(guò)改進(jìn)Dijkstra算法,提出了鉚接點(diǎn)位子區(qū)域間的最優(yōu)路徑優(yōu)化方法。(4)借助ABAQUS平臺(tái),自主開(kāi)發(fā)了批量鉚接變形分析軟件模塊,實(shí)現(xiàn)了局部映射區(qū)域的自動(dòng)劃分、批量鉚接的局部映射算法、結(jié)果的自動(dòng)輸出等功能。本課題從構(gòu)建壁板批量鉚接變形分析幾何模型的生成方法實(shí)現(xiàn),到壁板批量鉚接變形的預(yù)測(cè)研究,使得多釘鉚接仿真時(shí)間得到有效改善,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比表明,所建立的預(yù)測(cè)模型能較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)批量鉚接變形問(wèn)題。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V262.4
【部分圖文】：

(c) 龍門式自動(dòng)鉆鉚系統(tǒng) (d) 機(jī)械臂式自動(dòng)鉆鉚系統(tǒng)圖 1.2 典型的自動(dòng)鉆鉚系統(tǒng)鉚接過(guò)程是多個(gè)零件間復(fù)雜的非線性接觸過(guò)程，鉚接時(shí)鉚釘產(chǎn)生的彈塑性變形不可避免使被連接件產(chǎn)生變形。壁板等薄壁結(jié)構(gòu)的鉚接變形預(yù)測(cè)與控制方法研究一直是航空制造領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。壁板作為飛機(jī)的關(guān)鍵部分，對(duì)保證飛機(jī)的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用，由于其剛度小、尺寸大等特點(diǎn)，在鉚接裝配過(guò)程中釘孔周圍會(huì)產(chǎn)生凹陷，遠(yuǎn)離釘孔處會(huì)發(fā)生翹曲變形[3]。壁板鉚接時(shí)一般會(huì)涉及成千上萬(wàn)的鉚釘連接，隨著鉚接的不斷進(jìn)行會(huì)使變形不斷的積累，使壁板發(fā)生整體變形。在部件裝配過(guò)程中，解決裝配不協(xié)調(diào)的方法較多，由于沒(méi)有較為成熟的技術(shù)手段，較為常用的是采用工藝補(bǔ)償和強(qiáng)迫裝配[11]。工藝補(bǔ)償主要是對(duì)零部件尺寸進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)整或加工的一種方法，通過(guò)對(duì)預(yù)留余量的修、補(bǔ)來(lái)部分抵消裝配時(shí)產(chǎn)生的誤差，達(dá)到所要求的準(zhǔn)確度；強(qiáng)迫裝配是在不進(jìn)行尺寸修整的情況下，使用外力強(qiáng)制地進(jìn)行裝配的一種方法。采用工藝補(bǔ)償方法雖能達(dá)到較好的裝配要求，但零部件補(bǔ)償量的控制會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間；采用強(qiáng)迫裝配方法會(huì)在裝配連接處產(chǎn)生擠壓應(yīng)力，裝配連接處通常是結(jié)構(gòu)易引起疲勞的部位，在靜載荷的作用下，不會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)度破壞，但在裝配位置會(huì)提高連接部位的場(chǎng)應(yīng)力，降低結(jié)構(gòu)的連接強(qiáng)度和疲勞壽命[12]。據(jù)相關(guān)資料顯示，65%-70%的設(shè)計(jì)更改是因不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)產(chǎn)品的幾何尺寸導(dǎo)致，大

(c) 2099-T83 真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系圖 3.2 仿真模型材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線載荷設(shè)置模的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)隨著時(shí)間而變，進(jìn)行有限元模擬時(shí)需根據(jù)實(shí)步，分別確定每個(gè)分析步的載荷和邊界條件。本文依據(jù)鉚步：上鉚模壓緊被連接件，下鉚模向上運(yùn)動(dòng)擠壓鉚釘，壓鉚力一個(gè)分析步，稱為壓鉚分析步。該過(guò)程中約束上/下被連接及繞 Z 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，上鉚模進(jìn)行全固定，下鉚模僅允獻(xiàn)[77]的正弦曲線加載方式，如式(3.1)所示。其中，maxs 為鉚時(shí)間。 maxs s sin t下鉚模達(dá)到指定位置后開(kāi)始相背運(yùn)動(dòng)，并回到壓鉚前的初鉚模與鉚釘分離，鉚釘由于不再受下鉚模的約束產(chǎn)生一定

1 上鉚模下表面 鉚釘頭上端面 0.202 上鉚模下表面 蒙皮上表面 0.203 蒙皮孔壁 鉚釘桿表面 0.154 蒙皮下表面 長(zhǎng)桁上表面 0.155 長(zhǎng)桁孔壁 鉚釘桿表面 0.156 長(zhǎng)桁下表面 鉚釘桿表面 0.157 下鉚模上表面 鉚釘桿端面 0.20(5) 網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分主要包括使用的網(wǎng)格劃分技術(shù)(結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分技術(shù)、掃略網(wǎng)格劃分技術(shù)、自劃分技術(shù)以及自底向上網(wǎng)格劃分技術(shù))、設(shè)置網(wǎng)格邊種子大小以及選擇單元類型等內(nèi)容。分是決定分析精度的重要環(huán)節(jié)。鉚接分析是復(fù)雜的非線性接觸問(wèn)題，計(jì)算代價(jià)較大，并時(shí)塑性變形主要集中在鉚釘以及被連接件孔周 2.5R(R 為釘孔半徑)處[80]�；诖耍瑸樘峋�，提高計(jì)算效率，對(duì)釘孔周圍的部分進(jìn)行區(qū)域劃分，釘孔部分進(jìn)行細(xì)化，遠(yuǎn)離釘孔增大網(wǎng)格尺寸。網(wǎng)格采用 8 節(jié)點(diǎn)六面體減縮積分單元 C3D8R，劃分后的模型如圖 3.3 所

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本文編號(hào)：2823005