飞机柔性件铆装中的接触力建模与偏差分析.pdf

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1、2014年6月机械设计与制造工程Jun．2014第43卷第6期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．43No．6DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2014．06．002飞机柔性件铆装中的接触力建模与偏差分析张雪，谭昌柏，王志国，周强(南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016)摘要：基于线弹性小变形假设，分析飞机柔性板件装配过程中的相互接触作用。提出了基于三角网格模型几何干涉分析的接触状态检测，采用部分析因设计方法(FractorialFactorialDesign)建立了接触

2、力与接触节，占’间隙的线性关系，并在此基础上设计了接触平衡位置求解算法。通过与实验对比，验证了基于接触力模型的装配偏差分析模型预测柔性板件装配偏差的准确性。关键词：柔性件装配；偏差分析；接触力模型；接触平衡中图分类号：TH164文献标识码：A文章编号：2095—509X(2014)06—0008—06飞机柔性件装配的主要方法是铆接装配，铆接是通过多次试验来确定。KangXie等人研究了通常会引起较大的装配变形，且由于影响因素众多柔性件装配过程中考虑接触的尺寸偏差累积模型，而难以分析控制，装配工艺过程严重影响飞机制造提出了修正维数缩减法(EnhancedD

3、imensionRe．的质量。从质量工程的角度对柔性件铆接装配偏ductionMethod)，基于ABAQUS的参数化建模方差进行合理预测和分析，对于减少飞机制造中的尺法，采用有限元分析实现了二维零件的尺寸接触模寸协调问题、提高飞机制造准确度具有重要意义。型，但该模型仅应用于二维模型，未能实现三维有在柔性件装配分析模型研究中，大多采用有限限元模型的接触力建模。本文基于测量数据的三元模型分析和仿真装配过程，Liu和Hu⋯将影响维零件模型，对接触力模型在装配仿真过程中的实系数法与统计分析方法相结合，基于柔性件线弹性现、装配偏差分析等问题进行研究。假设，利用有

4、限元分析方法分别提取零件和装配体的刚度矩阵，推导和建立了装配偏差和零件输入偏1柔性件铆接装配过程建模差之间的线性关系，克服了直接采用有限元法建模目前，关于柔性件装配偏差分析的相关研究时计算工作量大、效率低的缺点。但该方法在建立中，最具代表性的是基于装配过程柔性件线弹性变敏感度矩阵时，没有考虑接触作用对装配过程的影形假设的影响系数法_4(MethodofInfluenceCoeffi．响，在某些装配过程中，零件存在较大的干涉接触cient，MIC)。其基本思想是通过力学模型建立柔作用，此类接触对于最终的装配偏差存在较大影性件局部受力与变形的线性关系，然后运

5、用该模型响。因此，上述装配偏差分析模型在准确度和可靠进行装配偏差统计分析，该方法的显著优点是在效性方面存在一定局限性。Dahlstrt~m和Lindkvist率上远远优于直接运用有限元分析工具建立仿真针对装配过程中影响系数法未考虑接触作用的问模型进行偏差分析的蒙特卡罗仿真法⋯。题，提出了基于影响系数法的接触力模型。该模型关于柔性件装配过程的偏差来源，影响装配准研究了接触力对装配力和回弹变形的影响，其局限确度的主要因素包括以下几方面：偏差(零件偏性是仅考虑装配力沿夹紧方向大小相同情况下的差、过程偏差)、装配方案(装配顺序、夹具方案、连平衡焊枪装配情况。飞机

6、铆接装配的受力特点具接配置)和概念设计(几何体形状、刚度条件、零件有不同于平衡焊枪装配的特点，通常需要将零件压数量、接头类型)。紧到理论连接位置进行铆接，上述方法没有关注接1．1基于线弹性假设的装配偏差分析触状态下如何保证连接点位于指定位置的问题，且线弹性假设方法是基于柔性件小变形、线弹性没有研究定位夹紧力和铆接力大小的求取方法，只的假设，运用线性有限元的方法研究柔性件在装配收稿日期：2014—02—18基金项目：国家自然科学基金资助项目(51275236)作者简介：张雪(1988一)，女，江苏徐州人，南京航空航天大学硕士研究生，主要研究方向为飞机数字化

7、装配。·8·2014年第6期张雪：飞机柔性件铆装中的接触力建模与偏差分析过程中装配力与装配变形之间的关系，建立反映装FH=Fv(3)配前后柔性件关键测点偏差之间关系的力学模型。因此有飞机柔性件装配的过程中，由于零件制造偏U=KzFH=Fv=KzK11，+=差、装配夹具偏差以及定位偏差的耦合，相互具有1+2=SV(4)连接关系的零件在装配点会形成一定的位置偏差。式中：Is和S为装配体偏差相对于两零件铆接点为了完成装配，需施加一定的装配力，强制柔性件偏差的敏感度矩阵；s=[s。，s]；V=[，]。变形，使装配点的偏差闭合。零件变形可以分为弹性变形和塑性变形，

8、弹性变形是线性的，塑性变形是非线性的。小变形情况下，可认为零件只有弹性(a)彻始