[发明专利]一种基于边界元算法的大刚度零件装配变形快速计算方法

说明书

本发明公开了一种基于边界元算法的大刚度零件装配变形快速计算方法。方法包括以下步骤：提取大刚度装配零件的待装配面和参考面，并获取待装配面和参考面的点云模型，从而获得初始差分面点云模型；基于刚性装配方法获取零件的初始装配状态；基于边界元算法在零件的初始装配状态下快速求解装配变形后的差分面点云模型；基于密度聚类算法对装配变形后的差分面点云模型进行检测。如果计算错误，则利用邻近面求解算法求解零件的邻近面序列，从而对装配变形后的差分面点云模型进行更新，获得正确的装配变形后的差分面点云模型。本发明考虑了零件的初始装配状态，有效地提高了装配变形计算结果的精度，降低了问题的维度，大大提高了计算效率。

技术领域

本发明涉及了一种装配变形的快速计算方法，具体是涉及了一种基于边界元算法的大刚度零件装配变形快速计算方法。

背景技术

目前，世界各国都在积极发展制造业，与世界先进水平相比，中国制造业仍然大而不强，在自主创新能力、资源利用效率、质量效益等方面差距明显。为了适应现阶段发展需要，，需要开发一批精密、高速、高效的数控机床与基础制造装备。如果能在产品的设计阶段进行装配仿真和公差分析，检验产品的公差参数是否满足功能要求，便可以缩短产品开发周期，降低开发成本。为了对大刚度零件进行高精度的公差分析，需要计算零件的装配变形。一般将弹性模量大于172Gpa的零件定义为大刚度零件。

零件的装配变形包括宏观变形和局部表面变形，宏观变形是理想装配体在装配力作用下产生的体变形，局部表面变形是包含形状误差的装配体在装配力作用下产生的接触变形。通常，宏观变形可以通过有限元方法进行计算。当零件的刚性较强时，零件装配过程中产生的宏观变形比较小，需要重点研究零件的局部表面变形。

对于零件的装配变形问题，有限元法是一种常用数值解法。有限元法求解时对整个问题区域进行分解，并通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。由于有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。然而，由于公差分析需要获得零件装配变形结果的统计特征，因此需要进行上千次的样本计算，使用有限元法计算接触变形问题虽然能够得到较高的精度，但是需要耗费一定的时间。边界元法是一种离散的边界积分方法，相比于有限元法，边界元法只需要对边界离散，可以降低问题的维数，然而，由于边界元法省略了大量物理信息，其得到的装配变形结果不一定满足稳定装配的要求。

针对以上情况，对于大刚度零件公差分析中的装配变形计算问题，既需要保证大刚度零件装配变形计算结果的准确性，又需要提高大刚度零件装配变形问题的计算效率，这是传统的数值计算方法无法实现的。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种基于边界元算法的大刚度零件装配变形快速计算方法，解决了目前在公差分析问题中无法兼顾零件装配变形计算效率和计算精度的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明包括以下步骤：

步骤1：确定大刚度装配零件的材料参数以及待装配面和参考面，利用三坐标测量仪获取零件的待装配面和参考面点云模型；

步骤2：利用差分面算法对零件的待装配面和参考面点云模型进行求解，获得零件的初始差分面点云模型和理想平面，接着利用凸包算法对差分面点云模型进行求解，求解获得差分面凸包，再根据零件的装配力方向所在的射线和差分面凸包之间的交集来确定零件的初始三角接触面；

步骤3：根据当前三角接触面，通过刚性装配方法确定零件的当前初始装配状态；

步骤4：根据零件的材料参数，利用边界元算法在零件的当前初始装配状态下对初始差分面点云模型进行求解后，获得装配变形后的差分面点云模型；