[发明专利]一种基于有限元分析的大型弱刚性缘梁装配方法

说明书

本发明提供一种基于有限元分析的大型弱刚性缘梁装配方法。通过对飞机缘梁修配进行有限元分析，能够较为精确的计算出长宽比大的结构在部分位置发生形变之后，其余部位的形变情况，不需要在生产车间内部进行基于经验的反复修配，提升整体工人修配缘梁的速度，降低了劳动量，同时也提升了产能，为飞机的制造生产提供了一项行之有效的途径，降低了产品的研制成本和研制周期。

技术领域

本发明涉及仿真指导装配的技术领域，尤其涉及一种基于有限元分析的大型弱刚性缘梁装配方法。

背景技术

在传统的机械加工行业当中，装配修配一直是令机工和工程师头疼的难题，特别是大型弱刚性件，在自身位置偏差的同时，还会存在因自重产生的挠度变形，材料的弹性系数，伸长率，弹性模量等力学性能都会影响实际装配的精确度。随着计算机硬件和软件的发展，人们依靠虚拟仿真技术可以在零件的设计，绘制过程中大大提升速度和准确性， 利用ANSYS，ABAQUS，SolidWorks，CATIA等有限元分析软件使模拟装配也成为了可能，但是对于小型件，材料可以看作刚体，因此大部分可以忽略自身的变形所引起的误差，但是对于大型弱刚性件，就必须要考虑修配过程中所引起的变形，例如缘梁的修配过程，当对一端进行位置和姿态的调整时，就必须要考虑到另一端的位姿变化情况。在现实过程中，人们可以通过实时监测的方式来监控调整的准确与否，但是反复的修配不仅没有可靠技术方案的指导，同时也花费了大量的时间，没有一套完整的定量分析过程，凭借经验和手感进行修配操作不仅加大了工人的工作量，也延长了产品的生产周期。另一个方面是，人们考虑到了需要使用仿真来进行指导生产，但是碍于虚拟技术的数据偏差，容易造成结果失效失真的情况。本方法就是：基于力学实验和有限元仿真的实验结果对修配过程中的指导，将真实实验修配过程进行模块化、数据化、信息化输出处理，将仿真结果和实际结果进行比对，修改仿真参数，确定最终正确的仿真模型和参数，通过点云匹配验证分析结果的真实和可靠性，进而指导实际装配过程的修配工作。

现阶段的大型件修配领域存在以下缺陷：（1）由于修配件巨大，工作人员往往会测量相关特征的位姿，进行修配，重复此过程5-6次甚至更多，每一次的测量调整时间花费巨大，工时统计发现，需要数天时间才可以对一个大型件进行修配夹紧工作，大大延缓了产品的制造周期；（2）由于没有整套规范技术的指导，工人在修配时往往凭借经验和感觉，有“顾此失彼”的现象发生，具体体现为忽视工件调整过程中的前后影响关系，来回反复调整，徒增工作强度，修配速度和质量难以提升；（3）平常修配过程当中，由于修配速度和标准件速度不匹配，很容易造成产能的下降，造成对时间和资源的浪费。

现有技术的仿真装配工艺研究中，已经有利用数字化制造技术的实例，但相关领域的文献依靠仿真模块的模拟难以保证结果的准确性，仅通过仿真结果和数模分析的比对难以验证其真实性，尤其对于飞机结构件，结构复杂，壁薄，长宽比大，容易变形，仿真过程的准确性就更加堪忧，除此以外，对于工装的仿真更加困难，工装的零件更加多和繁杂，数模中的定位主要通过工装进行定位 ，修配过程中反复操作的也就是工装的夹紧机构，因此工装的精准与否，直接影响了大型件如缘梁的修配精度。因此在仿真过程中，也要对工装进行仿真，实际实验的验证过程，更需要考虑工装夹紧卡板的限位夹紧作用，充分考虑工装限位情况下修配零件所引起的其他段形变。

在另一项技术研究当中，对飞机柔性装配的各个环节的设备和步骤都进行了模拟和仿真，以确装配流程的可靠性和完整性，其方案介绍的工作模式间接法被广泛使用，也就是先上架，再进行调整，该技术研究提出了利用有限元方案对实际装配提供指导的工作，但是并没有搭建真实实验验证结果的准确性，缺少横向比对，合理和精确性难以保证。

发明内容

本发明旨在对现有技术方案的提升而提供一种基于有限元分析的大型弱刚性缘梁装配方法，尤其针对大型弱刚性缘梁基于有限元测试的修配技术方案。克服在现有飞机缘梁修配过程中的机械调整工作，提供修配指导，减少修配次数，减少修配时间，进而提升产品的生产速率，减少工人劳动强度，缩短产品的研发周期。

本发明的技术解决方案是：