面向自动化制孔的飞机叠层结构预连接工艺优化

发布时间：2017-10-03 17:04

  本文关键词：面向自动化制孔的飞机叠层结构预连接工艺优化

  更多相关文章： 叠层结构 预连接件 安装位置 预紧力 残余间隙 制孔间隙

【摘要】：飞机结构上的成千上万个连接孔是在叠层状态下加工出的。当叠层结构在加工过程中贴合不紧密时,就会产生叠层毛刺,叠层毛刺不仅会造成应力集中,还会降低连接件之间的摩擦力。连接孔的加工质量会直接影响飞机结构的抗疲劳性能和可靠性。因此,为满足飞机结构高质量,长寿命的发展要求,保障连接孔的加工质量,控制飞机叠层结构间毛刺的生长就显得尤为重要。在飞机零部件的装配过程中,由于制造误差、定位误差等因素的影响,叠层结构间往往存在初始间隙。目前叠层结构间的毛刺控制技术主要是通过施加单向压紧力来避免叠层结构分离,通过减小制孔间隙来抑制毛刺的生长。然而,单向压紧通常仅适用于强刚度叠层结构情况,例如机身隔框上刚性较强,在制孔过程中可以提供法向支撑,从而和单向压紧力达到“双向压紧”效果；当遇到壁板搭接处等弱刚度叠层结构情况时,单向压紧力无法有效消除蒙皮和边梁之间的初始间隙和制孔间隙,从而给毛刺的生长提供了物理空间。在此情况下,需使用预连接件来紧固蒙皮和边梁组成的叠层结构。预连接件不仅能有效增加叠层结构的接触刚度,还可减小制孔间隙,并对保证后续螺栓连接质量和效率起着关键的作用。为此,本文通过建立蒙皮和边梁的预连接有限元简化模型,在不考虑压紧力的情况下,基于叠层间隙最小化原则,研究其在不同预连接件数量、安装位置以及预紧力条件下的残余间隙和制孔间隙,给出最优预连接方案。有限元计算结果表明,随着预紧力的增加,模型的残余间隙和制孔间隙先减小后增大,过大的预紧力会导致叠层结构产生过度的弹性变形。预连接后模型的残余间隙越小,并不意味着制孔间隙越小,这是由于较优的预连接件安装位置可优化叠层结构的接触刚度,从而减小制孔间隙。最后,通过工业机器人自动化叠层结构制孔试验对不同的预连接方案进行了比较和验证。试验结果表明,随着预紧力的增加,叠层结构的毛刺尺寸先明显减小后小幅增大,预连接件的安装位置对毛刺尺寸影响显著,最优预连接工艺方案的毛刺高度均值和毛刺根厚度均值最小,分别可达0.051mm和0.015mm。
【关键词】：叠层结构 预连接件 安装位置 预紧力 残余间隙 制孔间隙
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V262.4
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACI6-13
• 第一章 绪论13-22
• 内容摘要13
• 1.1 引言13
• 1.2 飞机先进装配连接技术发展现状13-19
• 1.2.1 国外先进装配连接技术发展现状14-18
• 1.2.2 国内先进装配连接技术发展现状18-19
• 1.3 飞机预连接装配技术19-20
• 1.4 课题研究背景和意义20
• 1.5 课题研究内容和总体框架20-22
• 第二章 机器人自动化制孔系统22-37
• 内容摘要22
• 2.1 机械系统22-29
• 2.1.1 系统总体布局22-23
• 2.1.2 工业机器人23-24
• 2.1.3 机器人移动平台24
• 2.1.4 末端执行器24-28
• 2.1.5 激光跟踪仪28-29
• 2.2 控制系统29-32
• 2.2.1 控制系统硬件组成29-30
• 2.2.2 机器人运动控制30
• 2.2.3 计算机控制网络30-32
• 2.3 软件系统32-36
• 2.3.1 系统软件功能需求32
• 2.3.2 软件功能模块32-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 飞机叠层结构制孔过程毛刺控制技术37-45
• 内容摘要37
• 3.1 毛刺形成机理研究37-39
• 3.1.1 钻削毛刺形成过程37-38
• 3.1.2 钻削毛刺形成影响因素38-39
• 3.1.3 叠层钻削毛刺形成研究39
• 3.2 单向压紧毛刺控制技术39-43
• 3.2.1 单向压紧作用39-40
• 3.2.2 压紧力分析方法40-42
• 3.2.3 单向压紧技术的局限性42-43
• 3.3 预连接毛刺控制技术43-44
• 3.3.1 预连接工艺介绍43
• 3.3.2 预连接力学模型43-44
• 3.3.3 预连接工艺特性44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 飞机叠层结构制孔过程有限元建模与分析45-58
• 内容摘要45
• 4.1 飞机壁板搭接处模型的建立45-48
• 4.1.1 壁板搭接处简化模型45-46
• 4.1.2 预连接件数量和安装位置设计46-48
• 4.2 有限元分析建模48-51
• 4.2.1 几何模型创建49
• 4.2.2 材料的物理特性49-50
• 4.2.3 接触定义与边界条件施加50
• 4.2.4 网格划分50-51
• 4.3 螺栓预紧力的确定51-52
• 4.3.1 螺栓力学特性51
• 4.3.2 螺栓预紧力施加51-52
• 4.4 仿真结果分析52-57
• 4.4.1 预连接方案1叠层间隙分析52-55
• 4.4.2 预连接方案2叠层间隙分析55-57
• 4.4.3 预连接方案3叠层间隙分析57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 飞机叠层结构制孔试验与分析58-71
• 内容摘要58
• 5.1 试验条件58-60
• 5.1.1 机器人自动化制孔系统58-59
• 5.1.2 试验材料、刀具和测量仪器59-60
• 5.2 叠层制孔试验设计60-63
• 5.2.1 钻削力测量60-61
• 5.2.2 螺栓预紧力设定61
• 5.2.3 制孔工艺参数61-62
• 5.2.4 毛刺尺寸测量62-63
• 5.3 叠层制孔试验流程63-67
• 5.3.1 现场坐标系构建63-64
• 5.3.2 离线编程与仿真64-66
• 5.3.3 制孔前期准备66
• 5.3.4 详细制孔过程66-67
• 5.4 叠层制孔试验结果分析67-70
• 5.4.1 叠层毛刺尺寸分析67-69
• 5.4.2 试验结果与仿真结果对比69
• 5.4.3 连接孔制孔质量分析69-70
• 5.5 本章小节70-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 6.1 总结71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-77
• 作者简历77

【参考文献】

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1 邓将华;李春峰;;电磁铆接技术研究概况及发展趋势[J];锻压技术;2006年05期

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本文编号：965657