【摘 要】
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大型薄壁加筋结构由于强度高、重量轻等优点,被广泛应用于航空航天、船舶机械等工程领域,如火箭燃料贮箱结构等。由于大型薄壁加筋结构局部非均匀和刚度弱的特性,加工成形过程中的残余应力容易导致结构产生翘曲偏差,在零组件装配前控制零件偏差是降低装配应力和减小装配偏差的关键。对零件偏差进行控制需要确定控制点的位置及对应的加载量,目前大型薄壁加筋结构偏差控制过程中对控制点的选取尚缺乏理论依据,主要通过反复调整以
【基金项目】
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国家自然科学基金“超大薄壁结构装配偏差场传播的精确预测与偏差源诊断”(课题编号:51775345);
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大型薄壁加筋结构由于强度高、重量轻等优点,被广泛应用于航空航天、船舶机械等工程领域,如火箭燃料贮箱结构等。由于大型薄壁加筋结构局部非均匀和刚度弱的特性,加工成形过程中的残余应力容易导致结构产生翘曲偏差,在零组件装配前控制零件偏差是降低装配应力和减小装配偏差的关键。对零件偏差进行控制需要确定控制点的位置及对应的加载量,目前大型薄壁加筋结构偏差控制过程中对控制点的选取尚缺乏理论依据,主要通过反复调整以满足后续装配要求,加工精度和生产效率低。因此,建立基于多点协调变形的大型薄壁加筋结构偏差控制方法,确定实现偏差控制所需要的控制点选取方案,对提高大型薄壁加筋结构的生产效率和产品质量具有重要意义。本文基于有限元方法和粒子群算法进行偏差控制点寻优,通过构建偏差控制数据库减少有限元计算量,考虑弹性回弹的影响计算控制点加载量,建立基于多点协调变形的大型薄壁加筋结构偏差控制方法。阐述大型薄壁加筋结构偏差场表征方法,据此研究不同控制点选取方法、不同偏差形式和不同零件参数对偏差控制结果的影响。最后对关键测点进行优化布置,设计并进行薄壁加筋结构偏差控制实验,验证所提出方法的有效性,为大型薄壁加筋结构偏差控制过程中控制点的选取提供理论指导。主要研究内容如下:(1)基于多点协调变形的大型薄壁加筋结构偏差控制方法根据有限元方法建立薄壁加筋结构变形计算模型,以偏差控制后零件节点偏差的均方根值最小为优化目标,基于粒子群算法寻找最优控制点位置及变形控制量,采用坐标映射、双线性插值及变形和加载量的线性关系构建偏差控制数据库,减少控制点寻优过程中的数值计算次数。在此基础上考虑加载后的弹性回弹,利用ABAQUS有限元的二次开发,采用二分查找的方法求解控制点加载量,得到偏差控制所需控制点位置及相应加载量。并通过加筋平板案例分析验证了方法的可行性。(2)不同偏差下大型薄壁加筋结构偏差控制研究基于薄壁加筋结构偏差控制方法研究不同偏差下大型薄壁结构的偏差控制。建立大型薄壁加筋结构偏差场表征方法,初始偏差可由基本偏差模式线性组合而成,基于模态分解的方法定义不同基本偏差模式。对比不同控制点选取方法的优劣,分析不同初始偏差形式对偏差控制结果的影响,研究不同零件形状参数、筋高参数和加强筋形式对结构变形及偏差控制的影响。(3)大型薄壁加筋结构偏差控制实验及应用基于大型薄壁加筋结构偏差场表征方法描述偏差测点分类及布置原则,通过测点贡献度及独立性评价优化关键测点布置,减少测点数量。设计薄壁加筋结构偏差控制实验台,通过偏差控制的实验与理论计算结果对比,验证薄壁加筋结构偏差控制方法的正确性和有效性。将方法应用于火箭贮箱壁板零件的偏差控制案例中,能有效减小零件偏差。
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