飞机壁板自动钻铆变形预测及工艺优化研究
发布时间：2021-02-09 21:35
壁板是构成飞机气动外形结构最重要的组件,其装配准确度直接影响飞机的空气动力学性能,壁板钻铆装配的关键和难点在于铆接工艺参数的规划和铆接变形的预测。以往的研究主要集中在铆钉本身及铆钉孔周围的变形分析,而针对铆接对壁板整体变形的影响分析及预测研究较少,对工艺参数与壁板变形间的关系缺乏深入探讨。随着新型隐身飞机对装配准确度要求的不断提高,客观上对壁板的装配精度提出了更高要求,而传统的分析方法存在一定的局限性。本文以考虑局部、整体变形的壁板为研究对象,通过研究阐述铆接变形机理、预测壁板铆接变形、优化铆接工艺参数、提高铆接装配精度,提出并构建相关的分析方法和计算模型,为确保壁板类典型薄壁结构件的装配精度提供理论依据和方法。本文的主要研究工作如下:（1）平锥头铆钉压铆过程力学建模与单点铆接变形机理研究。首先根据铆接过程中铆钉材料的流动,可将铆接过程分为四个阶段,给出了压铆力最大值出现的位置,建立了针对铆钉和被连接件弹性、塑性变形的力学模型;基于铆钉和被连接件的接触状态,将变形过程中的铆钉分为钉孔内受限制镦粗和钉孔外自由镦粗两部分,结合主应力法和镦头不均匀变形几何关系构建了压铆力计算模型,基于赫兹接...
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 壁板铆接技术
1.2.2 壁板铆接变形建模与计算方法
1.2.3 壁板铆接变形控制及优化技术
1.2.4 尚存在的问题
1.3 论文研究内容及创新点
1.3.1 论文的研究内容
1.3.2 论文的创新点
1.4 论文研究思路
1.5 论文章节安排
第二章 单钉铆接过程力学分析与建模
2.1 引言
2.2 壁板铆接工艺过程分析
2.3 单钉铆接过程力学分析与建模
2.3.1 Stage2 弹塑性变形解析计算
2.3.2 镦头-钉孔接触变形求解
2.3.3 Stage4 铆接过程回弹
2.3.4 材料流动分析
2.4 被连接件材料对变形的影响
2.4.1 材料力学性能研究
2.4.2 被连接件材料对变形的影响
2.5 本章小结
第三章 壁板铆接变形“局部-整体”计算模型构建
3.1 引言
3.2 多钉铆接过程应力分析
3.2.1 多钉铆接过程分析
3.2.2 多钉铆接应力传递
3.3 多钉铆接变形理论建模
3.3.1 铆接装配受力分析
3.3.2 铆接局部变形计算模型
3.3.3 多钉铆接变形计算模型
3.4 壁板铆接“体-壳”连接数值建模
3.4.1 常规连接方法
3.4.2 改进连接方法
3.4.3 壁板铆接数值建模
3.5 本章小结
第四章 壁板铆接变形预测及规律研究
4.1 引言
4.2 壁板结构装配工艺分析
4.2.1 壁板结构分析
4.2.2 壁板装配工艺流程
4.3 局部结构有限元模型
4.4 整体结构有限元模型
4.4.1 壁板结构简化及等效
4.4.2 连接定义
4.4.3 载荷施加和边界定义
4.4.4 全局变形计算
4.5 铆接变形预测
4.5.1 数值模型预测精度效率分析
4.5.2 边界条件对变形的影响
4.5.3 铆接顺序对变形的影响
4.6 本章小结
第五章 壁板铆接工艺参数优化及路径规划
5.1 引言
5.2 铆接变形影响因素分析
5.3 铆接技术要求及变形评价方法
5.3.1 铆接技术要求
5.3.2 铆接变形评价
5.4 基于KRIGING-PSO的铆接工艺参数优化
5.4.1 算法概述及优化流程
5.4.2 Kriging预测模型构建
5.4.3 PSO优化及结果分析
5.4.4 工艺参数优化结果分析
5.5 基于遗传蚁群算法的铆接路径规划
5.5.1 铆接路径多目标优化流程
5.5.2 铆接路径多目标优化模型
5.5.3 算例分析
5.6 本章小结
第六章 壁板铆接变形实验验证
6.1 引言
6.2 实验条件
6.2.1 自动钻铆系统
6.2.2 线切割设备
6.2.3 变形测量设备
6.3 实验设计
6.3.1 单钉铆接实验验证
6.3.2 多钉铆接变形实验
6.3.3 壁板铆接变形实验
6.4 结果分析
6.4.1 单钉铆接变形实验结果
6.4.2 多钉铆接变形实验结果
6.4.3 壁板铆接变形实验结果
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 论文研究工作总结
7.2 进一步工作的展望
参考文献
附录 A:MA700 比例实验件铆接点位坐标
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
（1）发表论文情况
（2）参与课题研究情况
（3）专利和版权
（4）参加学术会议情况
（5）获奖情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]采用局部-整体映射模型的壁板铆接变形预测[J]. 常正平,王仲奇,张津铭,王志敏,康永刚,罗群. 西安交通大学学报. 2018(01)
[2]飞机自动钻铆技术研究现状及其关键技术[J]. 喻龙,章易镰,王宇晗,刘钢. 航空制造技术. 2017(09)
[3]基于SVM的铆接件识别及特征参数研究分析[J]. 陈健飞,蒋刚,杨剑锋,李自胜. 机械设计与制造. 2017(01)
[4]基于夹具主动定位补偿的飞机柔性件装配偏差优化方法[J]. 张玮,王志国,谭昌柏,刘霞. 航空学报. 2017(06)
[5]用于飞机蒙皮成形的可重构多点柔性工装设计[J]. 申望,薛贵军,邹方,张书生. 航空制造技术. 2016(12)
[6]铝锂合金薄板自动钻铆残余应力特性[J]. 郑斌,余海东,林忠钦,邹成. 上海交通大学学报. 2016(04)
[7]飞机薄壁件铆接过程变形分析与数值模拟[J]. 常正平,王仲奇,李诚,郭飞燕,杨元,康永刚. 航空制造技术. 2016(07)
[8]基于萤火虫算法的飞机弱刚性件装配定位策略优化[J]. 王仲奇,黄杰,康永刚,杨勃,杨元. 机械科学与技术. 2016(04)
[9]基于镦头不均匀变形的压铆力建模[J]. 常正平,王仲奇,王斌斌,康永刚,罗群. 航空学报. 2016(07)
[10]飞机薄壁件批量铆接过程的模拟方法研究[J]. 王仲奇,卢鑫,杨元,康永刚,常正平. 航空制造技术. 2016(Z1)
博士论文
[1]曲面天线现场装配工艺优化关键技术研究[D]. 倪俊.东南大学 2016
[2]航空薄壁件铆接变形分析及预测研究[D]. 殷俊清.西北工业大学 2015
[3]弹丸喷丸应力场建模与条带喷丸整体变形模拟[D]. 肖旭东.西北工业大学 2015
[4]基于关键特性的大型飞机数字化装配偏差建模与协调关键技术研究[D]. 程亮.浙江大学 2014
[5]三维点云数据处理的技术研究[D]. 王丽辉.北京交通大学 2011
[6]焊接变形预测与控制的数值方法研究及工程应用[D]. 李娅娜.大连交通大学 2010
[7]金属板材单点渐进成形数值模拟及机理研究[D]. 马琳伟.华中科技大学 2008
[8]薄板结构焊接变形的预测与控制[D]. 侯志刚.华中科技大学 2005
硕士论文
[1]基于“N-2-1”定位的飞机蒙皮装夹定位偏差分析方法[D]. 汪洋.电子科技大学 2015
[2]飞机壁板铆接结构干涉量计算及工艺验证[D]. 梁康.南京航空航天大学 2013
[3]飞机柔性零件装配偏差的统计分析技术研究[D]. 侯东旭.南京航空航天大学 2013
本文编号：3026270
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 壁板铆接技术
1.2.2 壁板铆接变形建模与计算方法
1.2.3 壁板铆接变形控制及优化技术
1.2.4 尚存在的问题
1.3 论文研究内容及创新点
1.3.1 论文的研究内容
1.3.2 论文的创新点
1.4 论文研究思路
1.5 论文章节安排
第二章 单钉铆接过程力学分析与建模
2.1 引言
2.2 壁板铆接工艺过程分析
2.3 单钉铆接过程力学分析与建模
2.3.1 Stage2 弹塑性变形解析计算
2.3.2 镦头-钉孔接触变形求解
2.3.3 Stage4 铆接过程回弹
2.3.4 材料流动分析
2.4 被连接件材料对变形的影响
2.4.1 材料力学性能研究
2.4.2 被连接件材料对变形的影响
2.5 本章小结
第三章 壁板铆接变形“局部-整体”计算模型构建
3.1 引言
3.2 多钉铆接过程应力分析
3.2.1 多钉铆接过程分析
3.2.2 多钉铆接应力传递
3.3 多钉铆接变形理论建模
3.3.1 铆接装配受力分析
3.3.2 铆接局部变形计算模型
3.3.3 多钉铆接变形计算模型
3.4 壁板铆接“体-壳”连接数值建模
3.4.1 常规连接方法
3.4.2 改进连接方法
3.4.3 壁板铆接数值建模
3.5 本章小结
第四章 壁板铆接变形预测及规律研究
4.1 引言
4.2 壁板结构装配工艺分析
4.2.1 壁板结构分析
4.2.2 壁板装配工艺流程
4.3 局部结构有限元模型
4.4 整体结构有限元模型
4.4.1 壁板结构简化及等效
4.4.2 连接定义
4.4.3 载荷施加和边界定义
4.4.4 全局变形计算
4.5 铆接变形预测
4.5.1 数值模型预测精度效率分析
4.5.2 边界条件对变形的影响
4.5.3 铆接顺序对变形的影响
4.6 本章小结
第五章 壁板铆接工艺参数优化及路径规划
5.1 引言
5.2 铆接变形影响因素分析
5.3 铆接技术要求及变形评价方法
5.3.1 铆接技术要求
5.3.2 铆接变形评价
5.4 基于KRIGING-PSO的铆接工艺参数优化
5.4.1 算法概述及优化流程
5.4.2 Kriging预测模型构建
5.4.3 PSO优化及结果分析
5.4.4 工艺参数优化结果分析
5.5 基于遗传蚁群算法的铆接路径规划
5.5.1 铆接路径多目标优化流程
5.5.2 铆接路径多目标优化模型
5.5.3 算例分析
5.6 本章小结
第六章 壁板铆接变形实验验证
6.1 引言
6.2 实验条件
6.2.1 自动钻铆系统
6.2.2 线切割设备
6.2.3 变形测量设备
6.3 实验设计
6.3.1 单钉铆接实验验证
6.3.2 多钉铆接变形实验
6.3.3 壁板铆接变形实验
6.4 结果分析
6.4.1 单钉铆接变形实验结果
6.4.2 多钉铆接变形实验结果
6.4.3 壁板铆接变形实验结果
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 论文研究工作总结
7.2 进一步工作的展望
参考文献
附录 A:MA700 比例实验件铆接点位坐标
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
（1）发表论文情况
（2）参与课题研究情况
（3）专利和版权
（4）参加学术会议情况
（5）获奖情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]采用局部-整体映射模型的壁板铆接变形预测[J]. 常正平,王仲奇,张津铭,王志敏,康永刚,罗群. 西安交通大学学报. 2018(01)
[2]飞机自动钻铆技术研究现状及其关键技术[J]. 喻龙,章易镰,王宇晗,刘钢. 航空制造技术. 2017(09)
[3]基于SVM的铆接件识别及特征参数研究分析[J]. 陈健飞,蒋刚,杨剑锋,李自胜. 机械设计与制造. 2017(01)
[4]基于夹具主动定位补偿的飞机柔性件装配偏差优化方法[J]. 张玮,王志国,谭昌柏,刘霞. 航空学报. 2017(06)
[5]用于飞机蒙皮成形的可重构多点柔性工装设计[J]. 申望,薛贵军,邹方,张书生. 航空制造技术. 2016(12)
[6]铝锂合金薄板自动钻铆残余应力特性[J]. 郑斌,余海东,林忠钦,邹成. 上海交通大学学报. 2016(04)
[7]飞机薄壁件铆接过程变形分析与数值模拟[J]. 常正平,王仲奇,李诚,郭飞燕,杨元,康永刚. 航空制造技术. 2016(07)
[8]基于萤火虫算法的飞机弱刚性件装配定位策略优化[J]. 王仲奇,黄杰,康永刚,杨勃,杨元. 机械科学与技术. 2016(04)
[9]基于镦头不均匀变形的压铆力建模[J]. 常正平,王仲奇,王斌斌,康永刚,罗群. 航空学报. 2016(07)
[10]飞机薄壁件批量铆接过程的模拟方法研究[J]. 王仲奇,卢鑫,杨元,康永刚,常正平. 航空制造技术. 2016(Z1)
博士论文
[1]曲面天线现场装配工艺优化关键技术研究[D]. 倪俊.东南大学 2016
[2]航空薄壁件铆接变形分析及预测研究[D]. 殷俊清.西北工业大学 2015
[3]弹丸喷丸应力场建模与条带喷丸整体变形模拟[D]. 肖旭东.西北工业大学 2015
[4]基于关键特性的大型飞机数字化装配偏差建模与协调关键技术研究[D]. 程亮.浙江大学 2014
[5]三维点云数据处理的技术研究[D]. 王丽辉.北京交通大学 2011
[6]焊接变形预测与控制的数值方法研究及工程应用[D]. 李娅娜.大连交通大学 2010
[7]金属板材单点渐进成形数值模拟及机理研究[D]. 马琳伟.华中科技大学 2008
[8]薄板结构焊接变形的预测与控制[D]. 侯志刚.华中科技大学 2005
硕士论文
[1]基于“N-2-1”定位的飞机蒙皮装夹定位偏差分析方法[D]. 汪洋.电子科技大学 2015
[2]飞机壁板铆接结构干涉量计算及工艺验证[D]. 梁康.南京航空航天大学 2013
[3]飞机柔性零件装配偏差的统计分析技术研究[D]. 侯东旭.南京航空航天大学 2013
本文编号：3026270
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