面向卫星零件工艺设计的拓扑优化技术研究

发布时间：2017-07-07 16:19

  本文关键词：面向卫星零件工艺设计的拓扑优化技术研究

  更多相关文章： 薄壁零件 变形预测 装夹 传力路径 有限元仿真

【摘要】：为了尽可能减轻航天器自身结构重量,提高携带负载的能力,高强度铝合金薄壁零件被广泛应用于其设计和制造过程。由于航天器零件结构复杂,壁厚薄,精度要求高等特点,加工过程一般在铣削加工中心进行。加工过程中,毛坯的绝大部分材料需要被去除,导致零件刚度变差,易产生加工变形。在总结前人对薄壁零件加工变形研究内容的基础上,以装夹力载荷条件下的传力路径与加工变形之间的关系和残余应力条件下零件加工变形仿真为主要研究内容,利用拓扑优化技术及有限元仿真技术对薄壁零件加工变形预测进行研究。本文的主要工作如下:1.阐述了论文研究内容的背景和意义,总结了国内外薄壁零件加工变形预测和控制的研究现状,在详细分析零件加工变形影响因素的基础上,给出了本文的研究内容和总体框架。2.介绍了薄壁零件装夹优化方案,创新性地将拓扑优化技术应用于零件加工过程。利用拓扑优化技术和有限元软件,寻求零件在装夹力作用下形成的传力路径,通过对不同装夹方案下零件的传力路径进行分析,研究传力路径破坏与否与零件最终变形之间存在的联系。3.介绍了利用X射线衍射法进行残余应力测量的基本原理,以铝合金板材为研究对象,对其铣削过程中内应力分布变化及加工变形规律进行了理论分析,并通过有限元工具对计算过程进行仿真,对比分析两种计算所获得的变形结果。4.以薄壁框类零件为例,对三维有限元模型加工变形仿真技术进行了深入研究,解决了三维有限元模型建立、毛坯初始残余应力施加、“生死单元”法模拟材料去除过程等关键技术。5.综合运用以上技术,对某卫星铝合金薄壁支架加工过程进行仿真分析,并进行试验验证,分析了由毛坯初始残余应力存在及传力路径受破坏等因素所引起的加工变形规律。
【关键词】：薄壁零件 变形预测 装夹 传力路径 有限元仿真
【学位授予单位】：北华航天工业学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景9
• 1.2 薄壁零件加工变形研究现状9-12
• 1.2.1 薄壁零件加工变形国内外研究现状9-10
• 1.2.2 零件机械加工变形机理研究10-12
• 1.3 零件加工装夹方案研究现状12-13
• 1.4 零件加工过程数值模拟技术研究现状13
• 1.5 论文研究的目标、意义、内容和总体框架13-16
• 1.5.1 论文研究的目标和意义13-14
• 1.5.2 论文研究内容14-15
• 1.5.3 论文结构15-16
• 第2章 基于拓扑优化技术的装夹方案研究16-28
• 2.1 引言16
• 2.2 零件装夹方案设计与优化分析16-19
• 2.2.1 零件装夹方案分析16-17
• 2.2.2 零件装夹方案设计与优化分析17-19
• 2.3 拓扑优化技术在加工生产中的应用研究19-28
• 2.3.1 基于ANSYS的拓扑优化技术研究19-20
• 2.3.2 ANSYS拓扑优化实例分析20-25
• 2.3.3 零件不同传力路径对加工变形的影响分析25-28
• 第3章 残余应力条件下铣削加工变形仿真研究28-40
• 3.1 引言28
• 3.2 残余应力场测试28-31
• 3.2.1 残余应力场测试方法28-30
• 3.2.2 X射线衍射法测量原理30-31
• 3.3 初始残余应力引起的铣削变形机理分析31-35
• 3.4 有限元法求解残余应力引起的铣削变形35-37
• 3.5 铣削加工变形ANSYS实例分析37-40
• 3.5.1 问题描述37-38
• 3.5.2 仿真结果与分析38-40
• 第4章 三维有限元模型加工变形数值仿真研究40-49
• 4.1 引言40
• 4.2 铣削变形三维有限元仿真分析40-47
• 4.2.1 对象零件加工变形特征分析40-41
• 4.2.2 三维有限元仿真关键技术研究41-43
• 4.2.3 三维有限元仿真分析过程43-45
• 4.2.4 仿真结果分析45-47
• 4.3 总结47-49
• 第5章 卫星薄壁零件铣削变形分析及试验研究49-59
• 5.1 引言49-50
• 5.2 卫星薄壁结构件铣削变形有限元分析50-57
• 5.2.1 问题描述50
• 5.2.2 毛坯残余应力测量及有限元模型应力施加50-53
• 5.2.3 不同装夹方案下零件主传力路径53-55
• 5.2.4 零件铣削加工变形仿真分析55-57
• 5.3 总结57-59
• 第6章 结论59-60
• 参考文献60-63
• 附录 163-69
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果69-70
• 致谢70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王运巧,梅中义,范玉青;航空薄壁弧形件加工变形的非线性有限元分析[J];航空制造技术;2004年06期

2 陈蔚芳;倪丽君;王宁生;;夹具布局和夹紧力的优化方法研究[J];中国机械工程;2007年12期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 路冬;航空整体结构件加工变形预测及装夹布局优化[D];山东大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 袁青;基于特征的飞机结构件工艺决策技术[D];南京航空航天大学;2010年

2 李阳;薄壁零件铣削加工变形预测[D];大连交通大学;2008年

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本文编号：530940