飞机装配工装结构分析与优化技术

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1、封面文章COVERSTORY飞机装配工装结构分析与优化技术StructuralAnalysisandOptimizationTechniqueofAircraftAssemblyFixture西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室张卫红罗小桃王振培成都飞机工业（集团）有限责任公司技术装备设计所万世明郭龙江为了保证工装既有足够的刚度，又不至过于笨重，需要在设计时对工装进行结构刚度分析与优化。有限元法的广泛应用为解决此类大型复杂问题提供了有效的途径。有重要的地位。在传统工艺中，一般欠合理，整体水平相对落后，表现为：飞机生产准备周期占飞机研制周期设计中虽采用了CAD技术（如应用

2、的1/2以上，而工装的设计制造是飞CATIA进行设计），但未充分利用机生产准备的主要内容之一。CAE技术，只对部分重要工装进行飞机结构零件包括大量数控机试验校核，致使工装需要反复修改设[1]张卫红加件、钣金件等。其中钣金件使用广计。与西方先进航空制造企业相西北工业大学教授、博士生导师，教泛，且多数钣金件形状复杂、尺寸大、比，我国的工装数目多、结构笨重、制育部第二批长江学者，国家杰出青年基刚度小、易变形，难以满足装配定位造周期长、成本高，存在不同程度的金获得者，国家新世纪百千万人才工程精度要求并保证产品装配协调与互刚度不足和刚度过剩的问题，严重阻入选人。1991年获比利时列日大学应用科

3、学博士学位。1992年～1999年，换。因此，工装的结构刚度与定位准碍了产品装配质量的提高和飞机制先后获比利时教育部高级研究员职称、确度对飞机装配质量起着举足轻重造业的进一步发展。法国UTBM科技大学高级研究员、终生的作用，直接影响到能否装配出合格波音、达索等国际著名航空制副教授职称、法国教育部教授资格。的产品。造商对工装数字化和并行设计技术进行了研究，取得了突破性的进展，飞机装配工装国内外实现了工装的数字化设计和并行设飞机装配工装是飞机零部件装研究现状计，明显缩短了制造周期，降低了生配、总装与检验等工艺过程中必不可目前，我国飞机装配工装主要产成本。其中，波音公司在工装设少的工艺装备

4、，在飞机研制过程中占依靠经验和类比进行设计，工装设计计过程首先基于CATIA进行工装40航空制造技术·2009年第25期封面文章COVERSTORY三维实体建模，在MSC.Patran和度，又不至过于笨重，需要在设计时按照实际结构进行建模，因此，有必Nastran平台下利用二者的接口进对工装进行结构刚度分析与优化。要对工装结构进行合理的简化建模。行几何模型转换，实现网格划分和载有限元法的广泛应用为解决此类大结构简化过程中一方面要反映工装荷、边界条件的施加，然后进行刚度型复杂问题提供了有效的途径。在的实际结构情况，使简化结构充分逼分析，根据分析结果对三维实体模型航空制造业及其他相关行业

5、中大量近实际结构的力学特征；同时需要进行修改，直至满足要求为止；达索成功应用MSC.Patran和Nastran略去一些次要的细节，简化有限元建公司结合飞机的产品生命周期管理，软件的经验表明：利用成熟的结构模工作，同时提高数值分析的效率。根据不同种类工装的设计与使用特分析与优化设计技术进行飞机装配例如，当工装结构中两部分构件刚度点，将其设计流程分为概念设计、功工装结构分析和优化是可行的。为比值悬殊且在工装中起着相同的支能设计和详细设计3个阶段，形成了此，西北工业大学和成飞技术装备研撑作用时，可以略去刚度较小的构件工装设计的系统性方法和规范，并在究所开展了深入的合作研究，并在国部分，只

6、考虑另一个构件对工装刚度CATIAV4系统上以刚度和应力的内首次将智能优化技术引入飞机装的影响。数值模拟分析为基础建立了专用的配工装刚度设计中，获得了可喜的研结构简化建模的过程是对工装设计平台，有效实现了工装的刚度最究成果。结构的实际构件布置和受力状态进大、重量最轻和生产成本最低的设计行分析和整理的过程。工装结构简[2]工装分析目标。化过程中需要遵循力学等效和质量此外，针对工装结构设计问题，影响工装刚度分析效率和分析等效原则，即构件的取舍应不改变工国内外学者均开展了具体的研究工结果可靠性的因素很多，主要包括以装的主要传力路线，不改变各承力部[3]作。例如刘忠梁从工装受力情况、下3个部

7、分。件的受力情况，且结构简化应有利于尺寸大小、结构形式、结构布局与连1工况分析有限元分析计算，同时兼顾计算精接等方面，论述了保证和提高飞机装工况是指结构的承载状况，即度、计算速度。配工装骨架使用刚度的方法。Rong在特定的工作条件下结构所承受的针对不同工装或同一工装的不[4]等人指出了从工件变形、定位位载荷和相关边界条件的统称。飞机同工况，具体的取舍和简化处理方法置、夹紧力大小等因素出发满足刚度装配工装中的极限工况是指使工装可能不同。结构简化前应正确分析条