基于数字孪生的复杂产品装配建模与精度分析方法
发布时间：2021-06-06 16:32
复杂产品性能优劣与装配质量息息相关,其重要评价指标之一是装配体误差,它由零件结构误差、材料等本征属性和装配过程中的误差传递方式决定。在零件制造过程中不可避免地会产生一定大小误差,其表征方法及在后续装配环节中的应用一直是工程上的一大难题,而误差传递方式受到工艺、环境等多种因素影响,二者共同作用下使得传统装配误差预测精度不高。本文在总结了产品装配建模和精度分析方法研究现状的基础上,针对产品数字化模型构建、薄壁件多夹具定位和装配、螺栓联接结构低应力装配优化等内容进行了深入研究,并根据提出方法开发了产品数字孪生建模与装配精度分析软件系统,对于指导零件加工和装配,从而提高产品竞争力具有重大意义。论文的主要研究内容包括:第一章概述了产品建模和装配数字化技术研究的发展历程,指出了当前装配建模与分析方法的不足之处,引出数字孪生技术在提高产品装配预测精度方面的优越性,并介绍了本文的研究内容和组织结构。第二章提出了一种融合多层次信息的数字孪生装配模型表达方法。定义了零件特征的层次化模型,将真实零件的离散点云、配准元素、质心位置等信息划分为几何形状层、位姿约束层、物理状态层,共同表达面向装配的零件特征完整属...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：195 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１论文的研究内容与组织结构??
２融合多层次信息的数字孪生装配模型表达方法??传统误差表征方法仅用误差值表示零件特征上下边界宽度，无法描述实际零件具??体轮廓，导致相同误差表征零件与其它零件的装配结果截然不同，如图２．２所示。??现有零件数字化建模方法根据国家标准ＧＢ／Ｔ?１９５８－２００４“产品几何量技术规范??（ＧＰＳ）形状和位置公差检测规定”［ＧＢ／Ｔ２＿确定不同类型误差的表现形式，从而建??立零件的误差特征几何形状模型。??零件２?零件２??误差練部分??零件１?（理想部分）?零件１?（实际轮廓１）?零件１?Ｃ实际轮廓２）??图２．２相同误差表征零件与其它零件装配结果??然而，当两装配零件几何轮廓固定时，配合结果还受到其它因素影响。如图??２．３所示，零件１和零件２与图２．２中右图具有相同几何形状，图２．３（ａ）中两零件??之间存在约束特征，图２．３（ｂ）中零件２材料密度分布不均而导致质心偏移，二者??装配结果发生变化，显然影响装配结果的因素并不只局限于零件几何形状，因此??构造零件数字化模型需要包含完整的零件真实信息。??ｒ＾Ｌ＾Ｔ?实际＾??／?Ｆｎ??约束特征２?｜??（ａ）?柳?（ｂ）?柳??图２．３固定形状零件配合结果（ａ）约束特征影响（ｂ）质心位置影响??零件孪生体包括真实世界的实物零件和虚拟世界的数字零件两部分，根据零??件信息在装配过程中的表现形式，将虚拟环境中数字模型划分为几何形状层、位??姿约束层、物理状态层三个不同层次
２融合多层次信息的数字孪生装配模型表达方法??传统误差表征方法仅用误差值表示零件特征上下边界宽度，无法描述实际零件具??体轮廓，导致相同误差表征零件与其它零件的装配结果截然不同，如图２．２所示。??现有零件数字化建模方法根据国家标准ＧＢ／Ｔ?１９５８－２００４“产品几何量技术规范??（ＧＰＳ）形状和位置公差检测规定”［ＧＢ／Ｔ２＿确定不同类型误差的表现形式，从而建??立零件的误差特征几何形状模型。??零件２?零件２??误差練部分??零件１?（理想部分）?零件１?（实际轮廓１）?零件１?Ｃ实际轮廓２）??图２．２相同误差表征零件与其它零件装配结果??然而，当两装配零件几何轮廓固定时，配合结果还受到其它因素影响。如图??２．３所示，零件１和零件２与图２．２中右图具有相同几何形状，图２．３（ａ）中两零件??之间存在约束特征，图２．３（ｂ）中零件２材料密度分布不均而导致质心偏移，二者??装配结果发生变化，显然影响装配结果的因素并不只局限于零件几何形状，因此??构造零件数字化模型需要包含完整的零件真实信息。??ｒ＾Ｌ＾Ｔ?实际＾??／?Ｆｎ??约束特征２?｜??（ａ）?柳?（ｂ）?柳??图２．３固定形状零件配合结果（ａ）约束特征影响（ｂ）质心位置影响??零件孪生体包括真实世界的实物零件和虚拟世界的数字零件两部分，根据零??件信息在装配过程中的表现形式，将虚拟环境中数字模型划分为几何形状层、位??姿约束层、物理状态层三个不同层次
【参考文献】：
期刊论文
[1]航天控制系统基于数字孪生的智慧设计仿真[J]. 刘潇翔,汤亮,曾海波,刘羽白,张新邦. 系统仿真学报. 2019(03)
[2]AR辅助装配中基体及零件位姿组合估计方法[J]. 刘然,范秀敏,尹旭悦,王冀凯,杨旭. 机械设计与研究. 2018(06)
[3]轨道交通转向架数字孪生车间研究[J]. 朱志民,陶振伟,鲁继楠. 机械制造. 2018(11)
[4]基于数字孪生的航空发动机低压涡轮单元体对接技术研究[J]. 王岭. 计算机测量与控制. 2018(10)
[5]基于特征代理的雷达虚拟装配技术研究[J]. 高巍. 现代雷达. 2018(09)
[6]螺栓结合部接触区域非线性动态特征的凝聚建模方法[J]. 江和龄,孔令飞,李超,崔博. 机械工程学报. 2018(17)
[7]基于图像识别的增强现实学习辅助软件设计[J]. 胡建忠. 机械工程与自动化. 2018(03)
[8]面向航天器在轨装配的数字孪生技术[J]. 张玉良,张佳朋,王小丹,陈锡宝,刘检华. 导航与控制. 2018(03)
[9]基于模型的增强现实无标识三维注册追踪方法[J]. 王月,张树生,何卫平,白晓亮. 上海交通大学学报. 2018(01)
[10]数字孪生及其应用探索[J]. 陶飞,刘蔚然,刘检华,刘晓军,刘强,屈挺,胡天亮,张执南,向峰,徐文君,王军强,张映锋,刘振宇,李浩,程江峰,戚庆林,张萌,张贺,隋芳媛,何立荣,易旺民,程辉. 计算机集成制造系统. 2018(01)
博士论文
[1]精密机械系统装配精度预测与控制方法研究[D]. 张婷玉.北京理工大学 2016
本文编号：3214749
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：195 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１论文的研究内容与组织结构??
２融合多层次信息的数字孪生装配模型表达方法??传统误差表征方法仅用误差值表示零件特征上下边界宽度，无法描述实际零件具??体轮廓，导致相同误差表征零件与其它零件的装配结果截然不同，如图２．２所示。??现有零件数字化建模方法根据国家标准ＧＢ／Ｔ?１９５８－２００４“产品几何量技术规范??（ＧＰＳ）形状和位置公差检测规定”［ＧＢ／Ｔ２＿确定不同类型误差的表现形式，从而建??立零件的误差特征几何形状模型。??零件２?零件２??误差練部分??零件１?（理想部分）?零件１?（实际轮廓１）?零件１?Ｃ实际轮廓２）??图２．２相同误差表征零件与其它零件装配结果??然而，当两装配零件几何轮廓固定时，配合结果还受到其它因素影响。如图??２．３所示，零件１和零件２与图２．２中右图具有相同几何形状，图２．３（ａ）中两零件??之间存在约束特征，图２．３（ｂ）中零件２材料密度分布不均而导致质心偏移，二者??装配结果发生变化，显然影响装配结果的因素并不只局限于零件几何形状，因此??构造零件数字化模型需要包含完整的零件真实信息。??ｒ＾Ｌ＾Ｔ?实际＾??／?Ｆｎ??约束特征２?｜??（ａ）?柳?（ｂ）?柳??图２．３固定形状零件配合结果（ａ）约束特征影响（ｂ）质心位置影响??零件孪生体包括真实世界的实物零件和虚拟世界的数字零件两部分，根据零??件信息在装配过程中的表现形式，将虚拟环境中数字模型划分为几何形状层、位??姿约束层、物理状态层三个不同层次
２融合多层次信息的数字孪生装配模型表达方法??传统误差表征方法仅用误差值表示零件特征上下边界宽度，无法描述实际零件具??体轮廓，导致相同误差表征零件与其它零件的装配结果截然不同，如图２．２所示。??现有零件数字化建模方法根据国家标准ＧＢ／Ｔ?１９５８－２００４“产品几何量技术规范??（ＧＰＳ）形状和位置公差检测规定”［ＧＢ／Ｔ２＿确定不同类型误差的表现形式，从而建??立零件的误差特征几何形状模型。??零件２?零件２??误差練部分??零件１?（理想部分）?零件１?（实际轮廓１）?零件１?Ｃ实际轮廓２）??图２．２相同误差表征零件与其它零件装配结果??然而，当两装配零件几何轮廓固定时，配合结果还受到其它因素影响。如图??２．３所示，零件１和零件２与图２．２中右图具有相同几何形状，图２．３（ａ）中两零件??之间存在约束特征，图２．３（ｂ）中零件２材料密度分布不均而导致质心偏移，二者??装配结果发生变化，显然影响装配结果的因素并不只局限于零件几何形状，因此??构造零件数字化模型需要包含完整的零件真实信息。??ｒ＾Ｌ＾Ｔ?实际＾??／?Ｆｎ??约束特征２?｜??（ａ）?柳?（ｂ）?柳??图２．３固定形状零件配合结果（ａ）约束特征影响（ｂ）质心位置影响??零件孪生体包括真实世界的实物零件和虚拟世界的数字零件两部分，根据零??件信息在装配过程中的表现形式，将虚拟环境中数字模型划分为几何形状层、位??姿约束层、物理状态层三个不同层次
【参考文献】：
期刊论文
[1]航天控制系统基于数字孪生的智慧设计仿真[J]. 刘潇翔,汤亮,曾海波,刘羽白,张新邦. 系统仿真学报. 2019(03)
[2]AR辅助装配中基体及零件位姿组合估计方法[J]. 刘然,范秀敏,尹旭悦,王冀凯,杨旭. 机械设计与研究. 2018(06)
[3]轨道交通转向架数字孪生车间研究[J]. 朱志民,陶振伟,鲁继楠. 机械制造. 2018(11)
[4]基于数字孪生的航空发动机低压涡轮单元体对接技术研究[J]. 王岭. 计算机测量与控制. 2018(10)
[5]基于特征代理的雷达虚拟装配技术研究[J]. 高巍. 现代雷达. 2018(09)
[6]螺栓结合部接触区域非线性动态特征的凝聚建模方法[J]. 江和龄,孔令飞,李超,崔博. 机械工程学报. 2018(17)
[7]基于图像识别的增强现实学习辅助软件设计[J]. 胡建忠. 机械工程与自动化. 2018(03)
[8]面向航天器在轨装配的数字孪生技术[J]. 张玉良,张佳朋,王小丹,陈锡宝,刘检华. 导航与控制. 2018(03)
[9]基于模型的增强现实无标识三维注册追踪方法[J]. 王月,张树生,何卫平,白晓亮. 上海交通大学学报. 2018(01)
[10]数字孪生及其应用探索[J]. 陶飞,刘蔚然,刘检华,刘晓军,刘强,屈挺,胡天亮,张执南,向峰,徐文君,王军强,张映锋,刘振宇,李浩,程江峰,戚庆林,张萌,张贺,隋芳媛,何立荣,易旺民,程辉. 计算机集成制造系统. 2018(01)
博士论文
[1]精密机械系统装配精度预测与控制方法研究[D]. 张婷玉.北京理工大学 2016
本文编号：3214749
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