考虑零件形状和材料参数误差的柔性件装配偏差计算

发布时间：2017-10-27 22:32

  本文关键词：考虑零件形状和材料参数误差的柔性件装配偏差计算

  更多相关文章： 柔性件装配 装配偏差 有限元方法 弹性变形 材料参数 统计计算

【摘要】：飞机结构中包含大量的弱刚性柔性件,柔性件在装配过程中的受力变形是影响飞机尺寸质量的重要因素。从偏差来源的来看,在零件成形过程后的形状误差是装配偏差的主要来源之一。由于受零件表面连续性的影响,零件的形状误差不是独立随机变化的,具有一定的相关性和规律性。同时,零件的材料参数影响着装配中闭合几何形状误差的装配力以及装配后的回弹量,因此装配偏差同时耦合了零件形状和材料参数误差的作用,建模分析的难度极大。目前,相关的研究主要考虑几何误差对柔性件装配偏差的影响,而忽略零件材料参数误差对装配偏差的作用,以简化分析难度。本文在国家自然科学基金(5 1 2 7 5 2 3 6)的资助下,从飞机柔性件装配的分段线弹性力学模型着手,研究了零件形状和材料参数误差对柔性件装配偏差的作用机理,进而建立了耦合几何与材料参数误差的柔性零件装配偏差计算模型。主要的研究内容和研究成果如下:建立了三维层面上柔性零件表面形状误差的几何协方差模型。在频域尺度上将柔性零件表面分为翘曲和波动两种主要形式,然后分别运用勒让德多项式函数和正弦多项式函数拟合翘曲和波动偏差数据,给出了基于混合多项式的柔性件几何形状误差表达式,进而建立了三维层面上的柔性件表面偏差的几何协方差模型,准确地表达了柔性零件表面偏差的几何相关性和规律性。建立了柔性件铆接装配过程的分段线弹性力学分析模型。根据飞机柔性件铆接装配特点,将装配过程分解为定位、压紧、连接和释放4个阶段,结合线弹性、小变形假设和有限元分析方法,分析各装配阶段柔性件装夹点、连接点、测量点等关键点的几何偏差和装配受力的关系,建立了柔性零件装配偏差的分段线弹性力学分析模型。并通过蒙皮比例样件的装配实验,验证了该模型的正确性和有效性。提出了耦合几何与材料参数误差的装配偏差统计计算方法。基于柔性件装配分段线弹性力学分析模型,建立了反映零件偏差与装配偏差关系的敏感度矩阵模型。结合摄动理论,对敏感度矩阵进行一阶泰勒级数展开,把零件材料的弹性模量和泊松比随机误差融入柔性件的刚度分析中。结合分段线弹性力学模型以及统计学原理,提出了耦合几何与材料参数误差的柔性件装配偏差的统计计算公式方法,得到装配力和装配偏差的统计学表达式。结合薄板、某飞机平尾前缘组件两个装配实验,将该方法与基于装配过程有限元仿真的蒙特卡洛法进行对比,验证了该柔性件装配偏差统计计算方法的正确性和高效性。
【关键词】：柔性件装配 装配偏差 有限元方法 弹性变形 材料参数 统计计算
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V262.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 引言13-14
• 1.2 研究意义和目的14-15
• 1.3 国内外研究现状15-18
• 1.3.1 柔性件装配偏差分析15-16
• 1.3.2 飞机装配偏差分析技术16-17
• 1.3.3 考虑材料参数误差的结构分析17-18
• 1.3.4 总结18
• 1.4 论文的研究内容和结构安排18-21
• 第二章 柔性零件表面形状误差的几何协方差模型21-40
• 2.1 引言21
• 2.2 几何协方差21
• 2.3 表面连续性的三维表达21-22
• 2.4 表面形状误差的几何协方差模型22-31
• 2.4.1 柔性零件表面形状误差几何协方差建模的技术路线22-24
• 2.4.2 表面翘曲偏差的几何协方差模型24-27
• 2.4.3 表面波动偏差的几何协方差模型27-30
• 2.4.4 混合偏差的几何协方差模型30-31
• 2.5 实验验证与分析31-39
• 2.5.1 滚弯蒙皮比例样件的表面偏差数据采集31-32
• 2.5.2 混合多项式权值系数求解32-36
• 2.5.3 几何协方差模型及实验结果对比分析36-39
• 2.6 本章小结39-40
• 第三章 柔性件铆接装配过程的分段线弹性力学分析40-58
• 3.1 引言40
• 3.2 柔性零件的有限元模型40-42
• 3.2.1 分析方法假设40
• 3.2.2 柔性零件的有限元方法40-41
• 3.2.3 超元刚度矩阵41-42
• 3.3 装配过程分解与分段线弹性分析42-49
• 3.3.1 柔性零件定位43-45
• 3.3.2 施加装配压紧力45-46
• 3.3.3 装配连接46
• 3.3.4 释放装配力和装配夹具46-49
• 3.4 实验验证与分析49-57
• 3.4.1 柔性件装配夹具设计49-51
• 3.4.2 实验方案及过程51-55
• 3.4.3 装配偏差的理论求解与对比分析55-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第四章 耦合几何与材料参数误差的柔性件装配偏差统计计算58-71
• 4.1 引言58
• 4.2 考虑材料参数误差的柔性件装配敏感度分析58-61
• 4.2.1 柔性件装配偏差分析的敏感度矩阵模型58-60
• 4.2.2 考虑材料参数误差的刚度矩阵和敏感度矩阵模型60-61
• 4.3 柔性件装配偏差的统计计算模型61-64
• 4.3.1 柔性装配体装配回弹力的统计学表达61-63
• 4.3.2 柔性装配体装配偏差的统计学表达63-64
• 4.4 实例验证与分析64-69
• 4.4.1 简单薄板装配偏差分析64-67
• 4.4.2 飞机平尾前缘装配偏差分析67-69
• 4.5 本章小结69-71
• 第五章 总结与展望71-73
• 5.1 全文总结71-72
• 5.2 工作展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文78

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本文编号：1105530