[发明专利]一种飞机壁板定位夹紧装配变形预测方法

说明书

本发明公开了一种飞机壁板定位夹紧装配变形预测方法，包括：首先建立飞机壁板定位夹紧装配在复合载荷和非理想边界条件下的薄壳力学变形模型并对薄壳力学变形模型进行解析求解，推导解析表达形式；然后根据测量定位面与飞机蒙皮夹紧位置的实际偏差，转换为蒙皮薄壳中面曲线坐标系中的非理想函数边界约束，代入薄壳力学变形模型的解析表达形式；最终获得薄壁板件变形，同时根据应力‑变形关系，计算装配后壁板内部残余应力，判断飞机壁板表面是否存在装配应力集中而产生微裂纹的风险，以确定飞机的后续使用安全性。该方法通过与有限元仿真应力结果，以及实际测量的变形进行对比，验证了所提出预测方法的准确性。

技术领域

本发明属于机械制造和自动化领域，具体涉及一种飞机壁板定位夹紧装配变形预测方法。

背景技术

飞机作为航空制造业中最为复杂的产品之一，被誉为现代工业科技之花，具有尺寸大、零件数量繁多、协调关系复杂、装配精度及外形准确度要求高等特点。在飞机制造过程中，飞机装配工作量可达到制造总工作量的50％，而装配质量往往决定了飞机的外形准确度和空气动力特性，从而影响产品的使用性能和最终寿命。

依据飞机装配工艺分解原则，装配单元划分要尽量壁板化、组件化，提高装配开敞性，便于采用自动化设备进行装配连接以提高制造效率。壁板一般由蒙皮(壳形)与纵向和轴向加强件如长桁、隔框等零件经定位、夹紧、制孔、连接等工艺装配成型。受零件数量多、自身刚度弱等特性影响，加强件与蒙皮定位夹紧过程中易发生装配变形，使零件实际位置与理论模型存在偏差，导致壁板表面产生波纹度，直接影响飞机的气动外形准确性。若装配偏差严重累积又直接采用强迫装配进行连接时，结构内部残余应力会大量积聚，易导致飞机局部发生突发性破坏，严重影响飞行安全性。组件装配偏差无法通过后续协调工艺对其进行校正补偿，使偏差继续传递至对接装配阶段，直接影响壁板对缝间隙及阶差。因而，需对壁板组件装配偏差及变形进行预测和控制，以有效提升飞机装配质量。

飞机壁板装配工艺过程复杂，易受制造误差、定位误差、重力变形及连接耦合作用力以及环境等因素影响，导致壁板变形，产生装配偏差。为了分析壁板装配偏差的产生及传递机理，应对组成零件的关键几何特征进行数学描述，并确定装配过程中工装夹具误差、装配作用力、外载荷等偏差源，再建立输入偏差与产品特征变化的对应关系，获得产品目标点相对理论数模的偏差，从而构建装配偏差传递模型。

因此，基于不同力学理论建立壁板零件及组件装配变形的非线性显式模型已成为航空与力学领域的研究重点。基于力学理论对组合结构变形进行建模后，如何根据实际边界情况对模型进行求解是获得准确计算结果，建立带有初始偏差的多组合结构在复杂边界条件及耦合力作用下的壁板装配变形数学模型，并求出模型准确解的表达形式，对飞机壁板组件装配变形及偏差传递问题的分析具有重要的理论价值和实际指导意义。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的是提供一种飞机壁板定位夹紧装配变形预测方法，包括以下步骤：

(1)基于基尔霍夫-洛夫壳理论，构建飞机壁板定位夹紧装配在复合载荷和非理想边界条件下的薄壳力学变形模型，并通过广义傅立叶级数展开与伽辽金理论混合方法对薄壳力学变形模型进行解析求解，在解析求解过程中引入势函数，并推导得到解析表达形式；

(2)实际测量飞机壁板定位夹紧位置与定位面的偏差，并将实际偏差转换为飞机壁板蒙皮薄壳中面的位移及转角边界约束，并将该蒙皮实际边界约束引入薄壳力学变形模型的解析表达形式，获得飞机壁板装配变形结果；

(3)依据应力-变形关系和飞机壁板装配变形结果，获得装配后飞机壁板内部残余应力，依据该飞机壁板内部残余应力判断飞机壁板表面是否存在装配应力集中而产生微裂纹的风险，以确定飞机的后续使用安全性。

与现有技术相比，本发明提供的飞机壁板定位夹紧装配变形预测方法实现了对飞机壁板定位夹紧装配变形的准确预测。

附图说明