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飞机柔性零件装配偏差的统计分析技术研究

作　者: 侯东旭
导　师: 谭昌柏
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 飞机制造 柔性零件装配 装配偏差分析 弹性变形 几何协方差模型 统计分析
分类号: V262.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


飞机结构中包含大量易变形的钣金零件和非金属薄壳零件，为了减少装配变形，飞机柔性零件的装配中需要使用装配型架等工艺装备。由于柔性零件自身的形状误差、定位偏差、装配型架等工艺装备的定位、安装偏差，柔性零件在装配过程中不可避免地存在某种程度的变形，严重影响飞机的制造尺寸质量。目前，柔性零件装配偏差的研究主要集中于汽车钣金件的焊接工艺，未针对飞机装配进行专门的研究。本文在国家自然科学基金（50905084,51275236）和航空科学基金（2010ZE52054）的资助下，根据飞机柔性零件装配的特点，研究了柔性零件表面形状连续性表达和几何协方差建模方法，研究飞机外（内）形采用典型的装配型架卡板定位的偏差统计分析模型，在小变形、线弹性假设下研究装配力与装配变形的分段线性力学模型，结合统计学的理论建立了飞机柔性零件装配偏差的统计分析模型。主要的研究内容和研究成果如下：建立了柔性零件表面形状几何连续性表达和几何协方差模型。受材料变形几何连续性的作用，柔性零件表面各测点的偏差变化并不是独立的，具有相关性。运用勒让德多项式和正弦多项式分别刻画翘曲偏差和波动偏差的变化曲线，实现了表面形状的混合多项式表达。进而结合测点偏差的方差，建立表面偏差的几何协方差模型。通过与实验件表面偏差三坐标测量数据的对比验证几何协方差模型的有效性。提出了飞机装配型架卡板定位偏差的统计分析方法。建立了卡板接头的孔-销-孔（槽）配合公差与工作型面法向定位偏差的几何模型，运用确定性定位分析的线性算法建立了接头公差与工作型面接触点法向偏差之间的统计关系式，并采用Vis/VSA软件仿真验证了卡板定位偏差统计分析方法的正确性。建立了飞机柔性零件装配偏差的分段线性力学分析模型。根据铆接中的装配力的作用特点，将装配过程中零件变形分为多个阶段，基于小变形、线弹性的假设，建立装配力与装配变形之间的分段线性关系模型。设计了柔性件装配偏差实验，运用铝合金薄板的装配偏差实验验证了上述分段线性力学模型的有效性。提出了柔性零件装配偏差的统计分析方法。运用柔性件装配偏差分段线性力学模型和统计学的理论，建立了柔性零件装配偏差的统计分析模型。将统计分析模型运用于某型飞机平尾固定前缘蒙皮和肋板的装配实例，通过Vis/VSA软件的蒙特卡洛装配仿真分析对比，验证统计分析模型的有效性和适用性。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-13
第一章 绪论  13-20
  1.1 引言  13
  1.2 研究目的及意义  13-14
  1.3 国内外研究现状  14-18
    1.3.1 公差分析的研究现状  14-16
    1.3.2 柔性零件装配偏差分析的研究现状  16-17
    1.3.3 飞机装配偏差分析技术的研究现状  17-18
  1.4 论文的研究内容和结构安排  18-20
第二章 柔性零件表面形状连续性表达和几何协方差模型  20-31
  2.1 引言  20
  2.2 柔性零件表面形状连续性的表示方法  20-22
    2.2.1 柔性零件表面形状偏差的特点  20-21
    2.2.2 柔性零件表面偏差的表达  21-22
  2.3 表面形状的几何协方差模型  22-26
    2.3.1 几何协方差建模的技术路线  22-23
    2.3.2 表面翘曲偏差的几何协方差模型  23-24
    2.3.3 表面波动偏差的几何协方差模型  24-26
    2.3.4 混合偏差的几何协方差模型  26
  2.4 实例验证与分析  26-30
    2.4.1 铝合金折弯件表面偏差数据的采集  26-27
    2.4.2 混合多项式权值系数求解  27-29
    2.4.3 几何协方差模型的建立及对比分析  29-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章 飞机装配型架卡板定位偏差的统计分析技术  31-43
  3.1 引言  31-32
  3.2 孔-销-孔配合轴心偏差  32-33
  3.3 孔-销-槽配合轴心偏差  33-35
  3.4 卡板工作型面接触点偏差  35-39
    3.4.1 确定性定位分析的线性算法  35-37
    3.4.2 卡板工作型面接触点法向偏差  37-38
    3.4.3 接触点法向偏差之间的几何协方差关系  38-39
  3.5 Vis/VSA 软件仿真分析  39-42
    3.5.1 Vis/VSA 软件运用介绍  39-40
    3.5.2 卡板定位偏差的 Vis/VSA 建模及对比分析  40-42
  3.6 本章小结  42-43
第四章 柔性件装配偏差的分段线性力学分析模型  43-59
  4.1 引言  43
  4.2 柔性零件装配偏差的线性分析模型  43-50
    4.2.1 线性有限元法及超元刚度矩阵  43-45
    4.2.2 柔性零件装配偏差的分段线性分析  45-50
  4.3 实验验证  50-58
    4.3.1 实验夹具设计  50-51
    4.3.2 实验方案及过程  51-56
    4.3.3 模型求解及对比分析  56-58
  4.4 本章小结  58-59
第五章 柔性零件装配偏差的统计分析模型  59-67
  5.1 引言  59
  5.2 柔性零件装配偏差的统计分析模型  59-62
    5.2.1 分段线性力学模型的统计表达  59-60
    5.2.2 装配偏差的统计分析建模  60-62
  5.3 实例分析  62-66
    5.3.1 平尾前缘装配分析  62-63
    5.3.2 装配偏差模型求解  63-64
    5.3.3 Vis/VSA 软件仿真分析  64-65
    5.3.4 对比分析  65-66
  5.4 本章小结  66-67
第六章 总结与展望  67-69
  6.1 全文总结  67
  6.2 工作展望  67-69
参考文献  69-73
致谢  73-74
在学期间的研究成果及发表的学术论文  74

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空制造工艺 > 飞机制造 > 飞机装配
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