基于CAA的结构试验杠杆加载系统的设计与开发

发布时间：2020-05-14 04:51

【摘要】：试验加载系统是飞机静力试验的基础,其中杠杆加载是静力试验中应用最广的一种加载方式。但目前在我国传统的静力试验的杠杆加载系统设计中,仍然存在工作量大、效率低以及设计精度低等问题。因此充分利用计算机辅助设计技术和计算机软件工程技术,设计一套高效集成的杠杆加载系统十分具有现实意义。本文利用基于CATIA二次开发的CAA技术进行了杠杆加载系统的设计开发,能够自动完成试验设计时的大量的计算和复杂的加载系统设计,最后输出杠杆加载系统的三维模型及相关信息,帮助设计人员快速准确完成加载系统设计和协调工作。杠杆加载系统设计的合理与否直接影响试验加载的精度。在杠杆加载设计过程中,加载点的分区、杠杆的连接以及配重计算是重要的工作内容,其中加载点的分区以及杠杆连接是影响加载系统精度的两个关键问题。从当前飞机静力试验的现状来看,杠杆加载系统虽然已经应用了计算机辅助设计的方法,但大部分仅局限于建模以及部分载荷、配重计算等工作,对于加载点的分区以及杠杆连接的问题仍然是有待解决的。因此对聚类算法进行研究,针对杠杆加载设计提出一种改进的聚类算法,通过对算法中相似性度量和类间距离形式的改进以及对聚类过程中聚类点选取策略的优化,有效地解决了杠杆加载设计中的这两个问题。本文将改进的聚类算法应用于在杠杆加载系统开发设计中,有效地提高了杠杆加载的准确性。最终形成一套使用简单,界面友好,功能强大的杠杆加载系统程序。
【图文】：

心神,隐身战斗机,静力试验

飞机结构设计和制造是否合理的最终鉴定手段，，对此，军机规范和民机适航条例均有明确的要求，通过全机结构验证试验是型号定型或取证的必要条件之一[3]。从上世纪 50-60 年代起，静力试验开始使用杠杆系统加载，并采用协调加载系统，保证各加载机构能够按照预先设定好的加载值进行加载，在对试验结构进行破坏试验时，可以实现自动卸载，避免破坏部位持续扩大，损坏结构。70-80 年代，静力试验采用电动液压伺服系统，并利用电子计算机进行控制，可以实现自动闭合回路协调加载。90 年代至今，全机静力试验占据了主导地位，在静力试验的过程中涉及多学科专业知识如机械设计、力学、测量控制、测试操作和项目管理等，它还需要专业的测试人员尽可能保证现场测试的高度安全，减少测试时间和成本[4]。自 2000 年开始，日本技术研究中心开始研制“先进技术验证机”(ATD-X“心神”)并进行了静力试验，主要是验证了战斗机部件和整机强度、刚度以及变形[5]，如图 1.1 所示；2002 年 5月 31 日，洛克希德马丁公司完成 F-22 静力试验[6]；2003 年，瑞士科研人员对 F/A-18 多用途战斗机进行了全机结构静力试验，对全尺寸的试样进行刚度测量，验证了模型有限元仿真的正确性[7-8]。2009 年，波音公司在埃弗雷特工厂对波音 787 静力试验机进行静力试验，并于 11 月30 日完成了波音 787 所有的静力试验[9]，如图 1.2 所示。

静力试验

飞机结构设计和制造是否合理的最终鉴定手段，对此，军机规范和民机适航条例均有明确的要求，通过全机结构验证试验是型号定型或取证的必要条件之一[3]。从上世纪 50-60 年代起，静力试验开始使用杠杆系统加载，并采用协调加载系统，保证各加载机构能够按照预先设定好的加载值进行加载，在对试验结构进行破坏试验时，可以实现自动卸载，避免破坏部位持续扩大，损坏结构。70-80 年代，静力试验采用电动液压伺服系统，并利用电子计算机进行控制，可以实现自动闭合回路协调加载。90 年代至今，全机静力试验占据了主导地位，在静力试验的过程中涉及多学科专业知识如机械设计、力学、测量控制、测试操作和项目管理等，它还需要专业的测试人员尽可能保证现场测试的高度安全，减少测试时间和成本[4]。自 2000 年开始，日本技术研究中心开始研制“先进技术验证机”(ATD-X“心神”)并进行了静力试验，主要是验证了战斗机部件和整机强度、刚度以及变形[5]，如图 1.1 所示；2002 年 5月 31 日，洛克希德马丁公司完成 F-22 静力试验[6]；2003 年，瑞士科研人员对 F/A-18 多用途战斗机进行了全机结构静力试验，对全尺寸的试样进行刚度测量，验证了模型有限元仿真的正确性[7-8]。2009 年，波音公司在埃弗雷特工厂对波音 787 静力试验机进行静力试验，并于 11 月30 日完成了波音 787 所有的静力试验[9]，如图 1.2 所示。
【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】：2018
【分类号】：V216.8

【参考文献】