航空薄壁件铆接变形分析及预测研究

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1、学校化码１０６９９分类号Ｖ２拍．４￣密级公开学号２００７１００１９６ＶｄｉＫＮＯＲＴＨＷＥＳＴＥＲＮＰＯＬＹＴＥＣＨＮＩＣＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ博±学位论文题目航空薄壁件鄉接变繁分析及预測研究王程学科、专业航空宇航制造：’＃导教师吴建军－｜霄申请学位日期２０１５年１２月西北工业大学博士学位论文（学位研究生）题目：航空薄壁件铆接变形分析及预测研究作者：殷俊清学科专业：航空宇航制造工程指导教师：吴建军2015年12月Title：S

2、tudyonRivetingDeformationanditsPredictionofAeronauticalThin-walledComponentsByYINJun-qingUndertheSupervisionofProfessorWUJian-junADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofPhilosop

3、hyInAeronauticalandAstronauticalManufacturingEngineeringXi’anP.R.ChinaDecember2015摘要摘要铆接是飞机装配中主要的连接形式之一。航空薄壁件单点铆接会产生局部微小变形，并在批量铆接过程中积累叠加，从而导致装配体整体产生扭曲和翘曲变形，影响飞机结构件的装配准确度以及疲劳寿命。新型超音速隐身飞机对结构的装配准确度、外形准确度和疲劳寿命要求进一步提高，必须严格控制铆接产生的变形。导致铆接变形的因素众多并相互交织，且各种因素对铆接变形

4、的影响规律及其相互耦合关系极为复杂，局部单钉铆接引起的微小变形在批量铆接时的累加规律仍有待深入研究。因此，研究航空薄壁件铆接变形的预测理论、探索变形控制方法对于提高飞机装配技术水平具有重要的理论意义和工程应用价值。本文以“局部-整体”的研究思路，采用理论分析、数值计算、实验研究和智能优化等多种研究方法，从铆接变形行为的机理入手，对航空薄壁件的铆接变形机理和多铆钉结构变形累积规律进行深入研究，力图通过铆接工艺参数的控制达到对铆接变形的控制目的。论文的主要工作与创新如下：1、提出了基于接触关系的两阶段单钉铆

5、接分析方法，建立了压铆力及干涉量与镦头几何尺寸关系解析模型、母材径向扩展量与压铆力及干涉量关系解析模型。以铆接过程中铆钉与母材的接触关系为判断依据，提出了单钉铆接过程的两阶段力学分析方法。以翁克索夫表面摩擦力分布理论为基础，充分考虑镦头变形的非均匀性，建立了镦头几何尺寸与压铆力关系解析模型。发现了铆接时镦头下方存在下压倾角，以体积不变原则建立了干涉量与镦头几何尺寸关系解析模型。忽略厚度方向应力对径向扩展的影响，以均匀干涉量为前提，利用厚壁筒受压理论，建立了薄壁件径向扩展变形与径向压应力关系解析模型。2、

6、提出了基于思维进化算法优化BP神经网络的单钉铆接变形预测方法，建立了考虑回弹的基于半波压铆力加载的铆接变形数值计算模型。以静、动态力学性能试验及摩擦系数测定试验，建立了母材7075-T651和铆钉2A10-T4两种材料的Johnson-Cook本构模型，确定了两种材料间、铆钉与T8A铆模材料间的动摩擦系数。通过工程常用铆接参数设定，并考虑铆接回弹对变形的影响，建立了基于半波压铆力加载的铆接变形数值计算模型，获取了薄壁件变形的弹塑性边界范围以及应力、应变、位移的变化规律，结果表明薄壁件厚度方向变形量较径向

7、扩展量大一个数量级，验证了镦头下压倾角的存在。选取铆接工艺人员可控制的压铆力、铆钉长度、钉/孔间隙三个工艺参数作为输入量，以干涉量、薄壁件随径向位置的厚度方向变形量为输出量，提出了基于思维进化算法优化BP神经网络的单钉铆接变形预测方法。3、研究了单钉单因素铆接工艺参数对薄壁件厚度方向变形的影响规律，根据单因素分析获得的最优取值，以铆钉间距、铆接顺序为变量，建立了双钉、三钉、四钉和十钉铆接结构的铆接变形数值计算模型。通过对铆接过程涉及的参数进行分类，确定影响I西北工业大学博士学位论文铆接变形的关键工艺参数

8、为压铆力、钉杆长度、钉/孔间隙等。结果表明：单钉单因素情况下，铆接工艺参数对薄壁件变形的影响存在最优取值；多钉铆接时，以薄壁件变形最小为目标，获得了铆钉间距与铆钉直径的最优比值。4、提出了粒子群/支持向量回归机的多钉铆接变形预测及优化方法。以铆接顺序为输入量，薄壁件厚度方向最大变形为输出量，提出了粒子群优化支持向量回归机的多钉铆接薄壁件变形预测方法。根据铆接工艺参数对薄壁件厚度方向变形的影响规律，建立了十钉双排结构的铆接变形预测模型。在预测