机翼整体壁板喷丸成形预应力夹具设计研究

摘要

飞机机翼整体壁板预应力喷丸成形是现代飞机制造的一项关键技术，是大飞机制造过程中不可逾越的工艺阶段。与国外先进飞机制造厂商掌握了比较成熟的预应力喷丸成形技术相比，我国还处于学习、攻坚阶段，技术水平还比较落后。在国家大飞机研制战略中，该技术是制约机翼壁板制造的瓶颈之一，亟待突破。预应力夹具是飞机机翼整体壁板预应力喷丸成形技术中一个重要的辅助机构，是我国大飞机研制项目中“C919客机机翼整体壁板喷丸成形技术研究”课题中的子课题。本项目研究的目的就是要进行预应力夹具的技术创新，改变以往手工预应力加载方式和极低的生产效率状态，设计出具有自动化调整功能和柔性功能的新型自动化预应力夹具。
　　首先按照用户关于预应力夹具需具备自动化和柔性两个方面的要求，结合预应力加载对象（C919客机机翼下部中段整体壁板，以下简称“机翼整体壁板”）的特性、喷丸成形工艺过程、喷丸机床结构特点、预应力加载工艺规划以及用户要求，提出预应力夹具的总体设计方案。总体设计方案包含加载站位规划、动力选用方案设计、结构方案设计、传动机构方案设计、控制系统方案设计，并提出切实可行的解决方案。
　　然后详细描述在求解机翼整体壁板预应力过程中的有限元数学建模、几何模型的简化与构建、网格的划分、单元类型的选择、零部件间连接的处理、边界条件的设置等重要的有限元建模过程，并依据实际参数求解机翼整体壁板各个肋站位处的预应力值。
　　接着进行气动预应力夹具的结构设计，包括对机构进行受力分析、施力机构和承力机构的设计、立柱的设计、框架的设计。设计出一套满足柔性、刚度和减重要求的预应力夹具结构。
　　最后进行预应力夹具的气动控制设计，包括单动控制设计、联动控制设计和组合控制设计，并对气动成品进行设计选型，设计满足气动自动化要求的气动控制系统。
　　依据本文之前阐述的设计方案，研制出一套机翼整体壁板气动预应力夹具，通过多次预应力加载试验和验证，结果表明本项目达到了全面设计指标要求。本项目的成功应用对后续各型号大飞机机翼整体壁板预应力夹具的设计具有重要的参考价值。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 喷丸成形预应力夹具技术及其发展研究现状

1．2．1 机翼整体壁板介绍

1．2．2 喷丸成形介绍

1．2．3 预应力夹具介绍

1．2．4 国外研究现状

1．2．5 国内研究现状

1．3 论文来源

1．4 本文研究的主要内容

1．5 本章小结

第2章 总体设计方案

2．1 C919机翼整体壁板介绍

2．2 喷丸成形工艺研究

2．3 喷丸机床结构特点

2．4 预应力加载

2．5 用户需求

2．6 预应力夹具总体方案设计

2．6．1 加载站位规划

2．6．2 动力选用方案设计

2．6．3 结构方案设计

2．6．4 传动机构方案设计

2．6．5 控制系统方案设计

2．7 本章小结

第3章 基于有限元的预应力求解

3．1 机翼整体壁板有限元数学模型

3．2 有限元软件ABAQUS介绍

3．2．1 人机界面介绍

3．2．2 分析模块介绍

3．3 几何模型清理、简化与构建

3．3．1 几何模型的清理和简化

3．3．2 构件的等效处理

3．4 有限元建模

3．4．1 网格划分

3．4．2 选取合适的单元类型

3．4．3 不同构件间的连接处理

3．4．4 边界设置

3．5 求解结果

3．5．1 最小预应力的求解

3．5．2 最大预应力的求解

3．5．3 全域预应力的求解

3．6 结果评估

3．6．1 位移的连续性诊断分析

3．6．2 应力的连续性诊断分析

3．6．3 不同离散程度的计算差异性分析

3．6．4 不同单元类型的计算差异性分析

3．6．5 不同连接类型的计算差异性分析

3．7 本章小结

第4章 预应力夹具结构设计

4．1 机构设计

4．1．1 机构受力分析

4．1．2 施力机构设计

4．1．3 承力机构设计

4．2 立柱设计

4．3 框架设计

4．4 本章小结

第5章 气动控制设计

5．1 单动控制

5．2 联动控制

5．3 组合控制

5．4 气动执行件选型

5．4．1 施力机构成品件选型

5．4．2 气马达选型

5．5 用气量计算和气动管路设计

5．6 本章小结

第6章 预应力加载试验

6．1 单个肋站位预应力加载试验

6．2 多个肋站位预应力加载试验

6．3 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 论文工作总结

7．2 未来工作展望

参考文献