预连接工艺对壁板装配静动态性能影响分析

摘要

由蒙皮和长桁组装而成的壁板是飞机上广泛应用的结构件。壁板装配主要包括预装配和钻铆两个阶段。在预装配阶段，由于零件制造误差和定位误差影响，蒙皮和长桁间不可避免地存在初始间隙。过大的初始间隙极易导致钻孔和锪窝时的切削颤振、层间切屑残留和刀具磨损，降低制孔连接质量和精度。预连接即是通过螺钉、穿心夹等预连接件对蒙皮和长桁进行固定连接，在保障蒙皮和长桁相对位置、消除层间间隙的同时，增强壁板的整体刚性，提高壁板加工的动态性能。目前针对预连接的研究较多地集中在消除壁板层间间隙方面，并已取得一定研究成果。本文在上述成果上，着重从预连接工艺对壁板的动态特性影响方面展开研究，为后续建立统一的动静态预连接工艺规范奠定基础。
　　第一章，介绍了课题的研究背景，总结了国内外飞机装配连接技术和预连接工艺的发展现状，并给出了论文的主要研究框架。
　　第二章，介绍了壁板的结构组成和壁板数字化装配系统，通过深入分析壁板装配过程中各阶段的影响因素，明晰了组装壁板层间间隙的产生机理及其对壁板装配质量的影响，并从消除层间间隙角度对壁板预连接工艺进行研究。
　　第三章，构建了蒙皮与长桁预连接变形子模型，将预连接过程等效为多自由度的弹簧-质量系统，提出一种描述壁板预装配后动态性能的刚度评价指标。以该指标为预连接优化目标，建立预连接分布优化模型并应用遗传算法进行求解计算。
　　第四章，基于上述优化结果，分析预连接分布对壁板动态特性的影响规律。搭建蒙皮-长桁的壁板有限元模型，将预连接优化结果映射至壁板仿真模型上，通过提取固有频率分析预连接数量及分布对壁板动态性能影响。采用振动设备进行壁板动态特性的测量实验，与仿真结果进行对照，验证了预连接刚度指标的合理性和仿真模型的有效性。
　　第五章，主要分析了预连接分布对壁板加工振动特性的影响。首先概述加工振动类型及成因，并通过设计钻孔切削力测定实验获取切削力信号，最后基于动态分析理论，构建了简化的壁板制孔动态仿真模型，仿真结果表明在相同切削力作用下，不同预连接分布产生不同的壁板加工振动响应，为后续依据切削振动特性优化预连接分布奠定基础。
　　第六章，对全文进行了总结，指出论文取得的主要研究成果，并对下一步工作进行了展望。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究现状

1．2．1 壁板装配预连接工艺研究

1．2．2 柔性薄板装配偏差分析的研究

1．2．3 自动钻铆机在壁板装配中的应用

1．2．4 机器人制孔在飞机装配中的应用

1．3 课题研究背景和意义

1．4 课题研究内容和总体框架

第二章 壁板装配工艺及预连接工艺

2．1 壁板结构

2．2 壁板装配工艺

2．2．1 壁板定位与夹紧原理

2．2．2 壁板装配工艺过程

2．2．3 间隙形成原因及分析

2．3 预连接工艺

2．3．1 预连接工艺介绍

2．3．2 预连接工艺分析

2．3．3 基于残余间隙的预连接工艺

2．4 本章小结

第三章 预连接刚度指标及优化模型

3．1 预连接刚度指标

3．1．1 预连接变形子模型

3．1．2 预连接刚度指标提取

3．2 预连接分布优化模型

3．2．1 优化问题

3．2．2 遗传算法的基本原理

3．2．3 遗传算法优化模型

3．3 本章小结

第四章 预连接分布对壁板动态性能影响分析

4．1 仿真优化实例

4．1．1 研究区域

4．1．2 预连接仿真模型

4．1．3 预连接对刚度性能影响分析

4．1．4 预连接对固有频率影响分析

4．2 实验验证

4．2．1 实验系统

4．2．2 实验结果

4．3 本章小结

第五章 预连接分布对壁板加工性能影响分析

5．1 加工振动

5．1．1 加工振动类型及原因

5．1．2 加工振动抑制措施

5．2 钻孔切削力测定实验

5．2．1 钻孔切削力实验系统

5．2．2 试验材料、刀具选择

5．2．3 切削力测定及频率分析

5．3 线性动态分析技术

5．3．1 动态问题

5．3．2 振型叠加与阻尼

5．3．3 瞬时模态动态分析

5．4 振动仿真

5．4．1 模型建立

5．4．2 分析步与载荷

5．4．3 预连接分布对加工振动仿真分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献