飞机部件装配误差累积分析与容差优化方法研究

论文摘要

在飞机研制中，合理的装配容差设计是提高装配准确度、减少研制成本、提高装配工艺性和一次装配成功率的有效途径。本文研究了面向飞机部件装配的误差累积分析与容差优化的理论和方法。以图论为基础，提出基于图的装配容差建模方法，研究装配尺寸链生成算法、矢量表示和装配误差累积分析方法，研究装配容差与装配性能自适应匹配分析方法，研究装配容差的多目标综合优化算法，完成装配容差设计功能模块的设计与开发，全文以某型飞机的一个组件为对象验证理论研究和系统的正确性和可行性，实现对飞机部件装配容差设计的支持。论文的主要研究内容如下： 分析了容差设计与设计、工艺、制造、装配等飞机研制过程之间的联系，阐述本文的研究背景和研究意义，综述容差分析与优化的国内外研究现状，提出了飞机部件装配容差设计亟待研究的关键问题。 提出了基于图的装配容差建模方法。建立了基于有向图的集成尺寸容差、形位容差和配合容差的装配容差全局模型。具体建模过程为：以由有序五元组的扩展有向图对容差元进行表示；采用图的和运算规则建立零件容差模型；采用有序五元组的扩展有向图对装配体配合容差进行表示；最后建立装配容差全局模型，并采用邻接矩阵对本模型进行表示。 研究了装配尺寸链的生成算法、向量表示和装配误差累积分析方法。给出了基于图的装配容差全局模型向基于树的装配容差全局模型转换方法，给出了基于广度优先搜索策略的装配尺寸链生成算法，并对装配尺寸链进行了向量表示；提出了基于蒙特卡罗法的装配误差累积分析方法；对装配尺寸链修配环进行了分析与计算，获得了修配环最大修配量的计算方法。 提出了装配容差与装配性能自适应匹配分析方法。以装配性能-容差的相互影响关系的统计数据为基础，采用作图法和最小二乘法拟合了装配性能-容差关系曲线，结合装配尺寸链，建立了装配容差与装配性能自适应匹配数学模型，实现了装配容差与装配性能自适应匹配分析。 提出了装配容差的多目标综合优化方法。建立了面向装配性能、加工成本、装配工艺性各个单目标的装配容差优化模型；提出了面向多目标的装配容差综合

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 装配误差累积分析与容差优化的研究意义
• 1.3 飞机装配容差设计
• 1.4 容差分析与优化的国内外研究现状
• 1.4.1 容差建模
• 1.4.2 容差分析
• 1.4.3 容差优化
• 1.5 飞机装配容差设计现状
• 1.6 本文研究内容
• 1.6.1 全文应用实例
• 1.6.2 章节安排
• 第二章 基于关键特征和图的装配容差建模
• 2.1 引言
• 2.2 基本概念
• 2.3 基于图的容差元表示
• 2.3.1 关键特征确定
• 2.3.2 容差关系的有向图表示
• 2.3.3 容差属性表示
• 2.3.4 容差方向的向量表示
• 2.3.5 容差元的数据结构表示
• 2.4 基于图的和运算的零件容差模型构建
• 2.4.1 图的和运算规则
• 2.4.2 基于图的和运算的零件容差模型
• 2.5 装配体配合容差表示
• 2.6 产品装配容差全局模型的建立
• 2.6.1 装配层次关系表示
• 2.6.2 装配容差全局模型表示
• 2.6.3 装配容差模型的矩阵表示
• 2.7 实例分析
• 2.8 本章小结
• 第三章 装配尺寸链与装配误差累积分析
• 3.1 引言
• 3.2 基于装配容差全局模型的装配尺寸链生成方法
• 3.2.1 定义
• 3.2.2 基于图的装配容差全局模型向基于树的装配容差全局模型转换
• 3.2.3 基于广度优先搜索策略的装配尺寸链生成
• 3.3 基于向量的装配尺寸链表示
• 3.3.1 基准参考坐标系定义
• 3.3.2 装配尺寸链的向量表示
• 3.3.3 装配尺寸链向量的分解与求解
• 3.4 装配误差累积分析
• 3.4.1 基于蒙特卡罗法的装配尺寸链误差分析
• 3.4.2 装配尺寸链修配环分析
• 3.4.2.1 修配环修配时尺寸变化分析
• 3.4.2.2 装配尺寸链修配环最大修配量的计算公式推导
• 3.5 实例分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 装配容差与装配性能自适应匹配分析
• 4.1 引言
• 4.2 装配性能
• 4.3 装配性能-容差关系曲线
• 4.3.1 两组统计数据
• 4.3.2 P-ΔT关系曲线
• 4.3.3 基于最小二乘法的P-ΔT关系曲线拟合
• 4.4 装配性能与容差的映射关系数学模型
• 4.5 装配尺寸链封闭环性能与装配容差匹配模型
• 4.6 实例分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 装配容差的多目标综合优化
• 5.1 引言
• 5.2 装配容差的非线性多目标综合优化模型
• 5.2.1 面向单目标的装配容差优化模型
• 5.2.1.1 面向装配性能的装配容差优化模型
• 5.2.1.2 面向加工成本的装配容差优化模型
• 5.2.1.3 面向装配工艺性的装配容差优化模型
• 5.2.2 面向多目标的装配容差综合优化
• 5.2.2.1 面向多目标的装配容差综合优化模型的提出
• 5.2.2.2 基于多准则群决策协调权方法的组成环灵敏度分析
• 5.2.2.3 装配容差分配方案决策
• 5.2.2.4 装配容差的标准化处理
• 5.2.3 面向封闭环装配性能的装配容差分配方案检验
• 5.3 实例分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 装配容差设计原型系统设计与实现
• 6.1 引言
• 6.2 系统设计与开发
• 6.2.1 系统体系结构
• 6.2.2 系统功能
• 6.2.3 系统运行流程
• 6.2.4 基于CAA的装配容差设计子系统开发
• 6.3 系统运行实例
• 6.3.1 系统主界面
• 6.3.2 装配容差建模
• 6.3.3 装配尺寸链生成
• 6.3.4 装配误差累积分析
• 6.3.5 装配容差分析
• 6.3.6 装配容差优化
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 论文研究工作总结
• 7.2 进一步工作的展望
• 参考文献
• 攻读博士期间从事科研工作情况
• （1） 发表论文情况
• （2） 参与课题研究情况
• （3） 研究成果
• 致谢