零件表面混合维建模理论、方法及其在产品装配质量预测中的应用

发布时间：2020-10-30 03:08

　　 零件表面的质量是产品性能分析与预测中不可或缺的重要因素,其几何形貌特征极大地影响了产品和零件的各种性能指标。在产品的设计和制造阶段,根据实际零件表面的局部测量数据评定其表面特征参数,模拟出该零件的表面形貌,体现真实零件的表面微观结构的特点和表面几何结构参数,分析并获得零件表面形貌对产品工作效能的影响规律,对提高零部件装配质量和产品性能具有重要的理论价值和现实意义。本文在对零件表面形貌建模及应用相关技术研究现状进行总结和分析的基础上,针对零件表面建模、特征参数识别、装配定位和配合性能分析等问题进行了深入的研究,根据研究成果开发了零件表面形貌建模与分析软件系统,并成功应用到相关的科研项目中。 论文的主要研究内容包括： 第一章概述了零件表面形貌建模研究发展历程,综述了零件表面形貌分析与应用过程中涉及的关键技术及其研究现状,指出了目前同类研究存在的不足以及本文拟解决的问题,并介绍了本文的研究内容和组织结构。 第二章提出了零件表面形貌多尺度高度场分离与修正方法。定义了多重分数维表面高度场特征函数来模拟空间表面微观结构,通过多尺度信息提取方法将表面形貌分离到四个尺度下。研究了多尺度表面高度信息的多分辨率优化方法和零件表面一致性评价方法,建立了多尺度零件表面信息传递模型。提出基于多尺度参数驱动的零件表面形貌修正方法,生成各个尺度都满足实际零件结构参数的零件表面形貌。 第三章提出了零件表面形貌混合维融合及特征参数识别方法。定义了体现微观表面形貌对实际表面形貌影响力大小的混合维影响因子,研究了零件表面形貌整数维分量和分数维分量的构造和融合方法,建立的混合维表面模型在整体上表达零件表面整数维信息的同时,很好地表达了零件表面的分数维细节。提出零件表面形貌模型的混合维特征参数识别方法,从而能在宏观层面和微观层面评估零件表面的加工质量。 第四章提出了基于混合维的零件真实几何实体特征构建与装配定位方法。定义了集成理想几何、变动几何和分数维几何的零件真实几何的概念,提出了层次化的零件真实几何特征信息的表示方法,并给出具体的零件真实几何实体特征生成方法和步骤。研究了零件真实几何模型的面面贴合装配定位和接触分析方法,提高了装配仿真的精度。 第五章研究了基于真实几何的配合性能分析及其在伺服阀泄漏特性预测中的应用。建立了包含尺寸偏差和形状误差的精密偶件配合面真实几何特征模型,以间隙截面积为评价指标考察了精密偶件的真实几何配合面对配合性能的影响规律。提出了基于真实几何模型的伺服阀油液泄漏量预测方法,通过计算的间隙截面积预测了不同因素影响下的精密偶件油液泄漏量。 第六章介绍了零件表面形貌建模与分析软件系统的设计与开发,论述了软件系统的体系结构、各项功能的设计思路及其编程实现。该软件系统有效地提高了零件表面形貌特征建模与分析的效率,验证了本文提出理论与方法的正确性和可行性。 第七章对本文进行了总结,归纳了本文的主要研究成果和创新之处,并对今后的研究工作进行了展望。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2012
【中图分类】：TH161.1;TP391.41
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 零件表面形貌建模研究综述
    1.3 零件表面形貌分析与应用的关键技术
        1.3.1 零件表面几何信息提取
        1.3.2 参数曲面插值与变形
        1.3.3 零件表面分数维参数识别
        1.3.4 精密偶件油液泄漏分析
    1.4 论文的研究意义和研究内容
        1.4.1 论文的研究意义和目的
        1.4.2 论文的研究内容及组织结构
2 零件表面形貌多尺度高度场分离与修正技术
    2.1 引言
    2.2 具有多重分数维特征的零件表面微观结构表征和模拟
    2.3 零件表面形貌多尺度信息的划分、提取和优化
        2.3.1 零件表面不同尺度的划分准则
        2.3.2 基于小波分析的零件表面形貌多尺度信息提取
        2.3.3 基于采样定理的多尺度信息的多分辨率优化
    2.4 多尺度零件表面的一致性评价和信息传递模型
        2.4.1 基于互信息的零件表面一致性评价
        2.4.2 多尺度零件表面信息传递与耦合
    2.5 基于多尺度参数驱动的零件表面形貌修正
        2.5.1 面向表面高度场的多尺度表面结构参数评定
        2.5.2 满足实际零件多尺度结构参数的零件表面形貌合成
    2.6 在15轴宝石加工中心专用机床中的应用
    2.7 本章小结
3 零件表面形貌混合维融合与特征参数识别技术
    3.1 引言
    3.2 基于表面关联系数偏移法的零件表面形貌混合维融合
        3.2.1 基于双三次B样条曲面的表面整数维分量模型
        3.2.2 基于归一化高度场特征函数的表面分数维分量模型
        3.2.3 混合维特征参数的构造
        3.2.4 零件表面形貌的混合维数学模型
    3.3 零件表面形貌模型的混合维特征参数识别
        3.3.1 混合维表面模型的整数维、分数维分量信息分离与提取
        3.3.2 基于表面结构函数法的分数维维数识别
        3.3.3 基于GPS粗糙度映射的混合维影响因子和分数维粗糙度识别
    3.4 实验验证
        3.4.1 零件表面形貌的混合维融合
        3.4.2 混合维特征参数识别
        3.4.3 在大型空气分离设备叶轮叶片中的应用
    3.5 本章小结
4 基于混合维的零件真实几何实体特征构建与装配定位技术
    4.1 引言
    4.2 层次化的零件真实几何实体特征模型构建
        4.2.1 零件真实几何特征的定义
        4.2.2 层次化的零件真实几何特征信息表示模型
        4.2.3 零件真实几何实体特征生成方法
    4.3 基于接触簇约束的面面贴合装配定位和接触分析
        4.3.1 考虑变形的表面接触簇约束定位方法
        4.3.2 基于刚柔混合模型的真实几何有限元接触分析
    4.4 应用实例
        4.4.1 在15轴宝石加工中心专用机床中的应用
        4.4.2 在盾构掘进机主驱动轴承中的应用
    4.5 本章小结
5 基于真实几何的配合性能分析及其在伺服阀泄漏特性预测中的应用
    5.1 引言
    5.2 精密偶件真实几何特征模型的构建
    5.3 基于真实几何配合面的精密偶件轴孔配合性能分析
        5.3.1 只考虑尺寸偏差的精密偶件配合性能分析
        5.3.2 考虑尺寸偏差和形状误差的精密偶件配合性能分析
    5.4 基于真实几何模型的油液泄漏量预测
        5.4.1 基于真实几何的油液泄漏理论模型构建与分析
        5.4.2 基于真实几何的油液泄漏CFD方法验证
    5.5 在双喷嘴挡板电液伺服阀中的应用
        5.5.1 滑阀组件的配合性能分析
        5.5.2 滑阀组件的油液泄漏量预测
    5.6 本章小结
6 零件表面形貌建模与分析软件系统设计与开发
    6.1 引言
    6.2 系统架构与功能简介
    6.3 系统各模块设计及实现
        6.3.1 形貌多尺度高度场分离与修正模块设计及实现
        6.3.2 形貌混合维融合与特征参数识别模块设计及实现
        6.3.3 真实几何模型装配定位与精度分析模块设计及实现
        6.3.4 精密偶件配合性能与泄漏特性预测模块设计及实现
    6.4 本章小结
7 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 研究展望
参考文献
作者简历及在学期间所取得的科研成果
攻读博士学位期间完成的学术论文
攻读博士学位期间申请的发明专利
攻读博士学位期间参编的学术著作
攻读博士学位期间参与的科研项目

【参考文献】

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本文编号：2861891