无头铆钉压铆工艺参数多目标优化

摘要

随着当代大飞机航空事业的迅猛发展，飞机飞行过程时的安全性和可靠性越来越受到重视，而飞机壁板的装配连接质量便是其中的重要一环。无头铆钉在铆接过程中可与钉孔之间形成可靠、均匀的干涉配合，能够有效延长连接结构的疲劳寿命，被广泛应用于各类军用和民用飞机装配当中。但是，因其独特的结构，无头铆钉在铆接时必须使用自动钻铆设备，而国内鲜有自主研发的自动钻铆设备，因此对于无头铆钉的各项研究还处于起步阶段。为了配合大飞机先进装配技术中对无头铆钉的急切需求，本文基于浙江大学研制的卧式双机联合自动钻铆系统，对无头铆钉的压铆过程参数进行多目标优化，旨在提供一套切实可行的最优铆接参数选择方案。 首先，本文介绍了项目研究的背景意义，并综合比较普通铆接与无头铆钉铆接技术的国内外研究现状，说明进行无头铆钉铆接工艺参数优化的必要性，同时也分析了目前自动钻铆技术的发展情况，指出无头铆钉干涉连接技术尚待探究的地方，由此引出本文的研究内容。主要的研究方法为结合有限元仿真、拟合和试验，对压铆工艺参数进行多目标优化。 其次，本文结合参数化和模块化的思想，构建三维四分有限元基准模型，并通过试验验证仿真模型的准确性和有效性，为后续研究内容奠定基础。同时，提出多任务分布式计算的仿真方法，极大地减小仿真过程的时间成本。基于仿真结果和压铆过程的内在机理，本文对铆模运动同步性和铆钉外伸量以控制变量的方式进行分析，指出单变量对铆接质量的影响规律无法指导多变量时的情况，最优的参数组合需要通过优化算法进行求解。 然后，本文将多变量多目标优化过程分解为拟合与优化两个部分。拟合部分利用分布式仿真计算获取样本数据，输入自主设计的神经网络模型训练拟合模型，拟合时提出结合模型融合的间接拟合方法，相比于直接拟合目标值的方案，拟合模型的泛化能力得到极大的提升。优化部分将多目标问题转化为单目标问题的方法与NSGA-Ⅱ算法直接求解的方法进行对比，发现后者的计算效率更高，且能找到更完整的Pareto解集。得到最优解集后，再次利用试验的方法验证优化结果的准确性，由此说明整套方案的切实可行性。研究表明，Pareto解集中的最佳平均干涉量大小相对于基准模型有约25.6％的提升，最佳干涉量均匀度有约66.7％的改善。 最后，总结了本文所做的主要研究工作和创新内容，并基于此提出未来的研究方向。

目录

声明

致谢

摘要

1．绪论

1．1．引言

1．2．无头铆钉压铆工艺研究现状

1．2．1．普通铆钉干涉量连接技术研究现状

1．2．2．无头铆钉干涉连接技术研究现状

1．2．3．自动钻铆设备研究现状

1．2．4．研究现状小结

1．3．研究意义和研究内容

1．3．2．研究内容

1．3．3．论文框架

2．无头铆钉压铆过程建模

2．1．引言

2．2．压铆过程分析

2．3．参数化和模块化相结合的建模思想

2．4．基准模型建立

2．4．1．三维模型的建立

2．4．2．材料属性的定义

2．4．3．部件装配

2．4．4．网格划分

2．4．5．创建分析步

2．4．6．定义接触和摩擦

2．4．7．后处理

2．5．仿真模型试验验证

2．5．1．压铆试验设备及步骤

2．5．2．试验验证指标及结果对比

2．6．分布式计算

2．7．本章小结

3．压铆工艺参数对铆接质量的影响

3．1．引言

3．2．铆接质量评价指标

3．3．铆模运动同步性对铆接质量的影响

3．4．外伸量对铆接质量的影响

3．5．铆模运动同步性和外伸量组合对铆接质量的影响

3．6．本章小结

4．压铆工艺参数优化

4．1．引言

4．2．优化目标及方案

4．2．1．优化目标

4．2．2．优化参数

4．2．3．优化方案

4．3．拟合理论分析及实现

4．3．3．神经网络理论分析

4．3．4．神经网络模型搭建

4．3．5．模型融合

4．3．6．方案比较

4．4．多目标优化

4．4．1．转化为单目标优化问题

4．4．2．转化为Pareto最优解问题

4．5．优化准确性验证

4．6．本章小结

5．总结与展望

5．1．总结

5．2．展望

参考文献