[发明专利]一种基于N-2-1定位的飞机蒙皮定位偏差分析方法

说明书

本发明涉及柔性薄板工件定位偏差分析领域，公开了一种基于N‑2‑1定位的飞机蒙皮定位偏差分析方法。所述方法包括：首先通过确定性定位偏差分析，确定蒙皮初始定位状态和刚性定位偏差；其次，基于Matlab编程和有限元分析软件，通过蒙皮多阶段夹紧过程中接触力变化和变形分析，实现蒙皮的过定位偏差分析。本发明充分考虑了蒙皮定位的初始定位状态，以及蒙皮夹紧过程中接触力变化对蒙皮变形的影响，能更加准确反映蒙皮实际定位装夹工艺对最终定位偏差的影响。

技术领域

本发明涉及柔性薄板工件定位偏差分析领域，具体涉及一种基于N-2-1定位的飞机蒙皮定位偏差分析方法。

背景技术

飞机壁板结构是飞机机身的基本组成结构，其装配精度直接影响到机体气动布局和总装质量，间接影响飞机的安全性能和机体寿命。蒙皮是飞机壁板结构的重要组成部分，同时蒙皮外形是壁板结构装配的基准，这决定了蒙皮定位质量在飞机装配质量控制中占据着重要的地位。

传统的基于尺寸链的偏差分析方法在针对刚性低、需要建立多重约束的工件时，尺寸链设计复杂，精度低，而基于确定性定位的偏差分析模型主要用于分析刚性高，不易变形的模型。刚性偏差分析模型主要适用于刚性的、装配复杂、多误差源的工件装配偏差分析。由于蒙皮是典型薄壁柔性件，尺寸大、刚度低、易变形，在定位偏差分析时需要采用柔性的偏差分析方法。

现有的柔性件定位偏差分析方法的基本思路是以有限元分析为基础：建立工件的三维有限元模型，采用直接蒙特卡洛模拟分析工件在定位过程中的变形，在模型中以局部赫兹接触模型定义工件与夹具间的接触状态。局部赫兹接触模型适用于刚体模型定位分析，而实际柔性工件定位过程中，柔性工件变形是全局性的，由于其刚度低，易变形的特点，任何一个位置受到外力的作用都将影响到整个工件的变形状态，同时由于工件与夹具间的摩擦接触是非线性的，所以应用赫兹接触模型难以准确定义柔性工件与夹具间的接触状态，同样也不能准确的计算柔性工件定位过程中的接触刚度。

发明内容

本发明目的是为了解决飞机蒙皮在定位偏差分析过程中存在的上述问题，提供一种基于N-2-1定位的飞机蒙皮定位偏差分析方法。

一种基于N-2-1定位的蒙皮定位偏差方法，整个偏差分析可以分为两个阶段：第一阶段，确定性定位偏差分析，确定蒙皮初始定位状态；第二阶段，过定位偏差分析，分析蒙皮过定位夹紧点接触力和接触变形。

第一阶段：确定性定位偏差分析

基于N-2-1定位原理，以夹具的N个定位元件形成与蒙皮外形相同的曲面来实现夹紧定位。以实测蒙皮各定位点初始数据为输入数据(定位源误差)，确定蒙皮定位的3个初始定位点。

建立确定性定位模型分析蒙皮定位点处刚性偏移，通过确定性定位方法建立定位点处的约束线性方程，以初始定位点为偏差源，求解其他N-3个定位点处的刚性位置偏移值。

确定性定位阶段中蒙皮与定位元件间最终间隙为蒙皮刚性定位偏移和定位源误差的矢量和，并以此作为过定位阶段分析的输入数据。

第二阶段：过定位偏差分析

蒙皮在初始定位后，采用过定位多重夹紧，蒙皮上其他的N-3个定位点需要在夹紧力作用下与定位元件相接触，完成夹紧定位。

步骤1：建立装夹元件模型和接触力模型；

步骤2：分析蒙皮在过定位夹紧过程中每个夹紧步骤中的装夹稳定性，建立静力平衡约束和摩擦锥约束，并把摩擦锥约束进行多边形近似转换为矩阵形式。

步骤3：基于最小余能原理建立接触力求解目标函数，以装夹稳定性为约束条件，建立每个夹紧步骤中接触力求解的非线性规划方程。

步骤4：分析蒙皮在每个夹紧步骤中的接触全局变形，基于改进的影响系数法，求解非线性规划方程中蒙皮定位的全局刚度矩阵。