【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及飛機工裝設計領域，具體涉及一種飛機工裝減輕孔的設計優化方法。
技術介紹
1、飛機制造過程中會用到各式各樣的工裝，為保證產品制造精度，設計工裝時一般采用較大的安全系數來保障工裝剛度，這樣帶來的副作用是工裝重量大幅增加，導致產品難以在工裝的保持下轉運。對于制造完成的工裝來說，在原結構上增設減輕孔，可以在保證工裝剛度的同時有效降低重量。
2、飛機工裝減輕孔的設計一般依靠工程經驗結合有限元計算，這種設計方法存在以下問題：1)設計的迭代周期長，設計人員門檻高；2)缺少評價指標，對設計方案的優劣難以評價；3)缺少系統性設計方法，減輕孔的設計方案因人而異，且設計理念和思路難以保留和傳承。目前國內在航天領域已有針對薄板結構減輕孔的優化設計方法，具有代表性的例如郝鵬[1]等基于神經網絡對蒙皮桁條結構減輕孔優化，劉海[2]采用有限元方法對抗剪切薄板減輕孔數量進行了優化。尚無針對飛機工裝通過理論計算結合正交試驗的方法設計和優化減輕孔。
技術實現思路
1、本專利技術旨在解決現有技術中由于工裝重量較大，使產品難以在工裝保持下轉運的問題，提出一種飛機工裝減輕孔的設計優化方法，以工裝剛度與重量的比值為優化目標，針對減輕孔尺寸和分布，為設計人員提供了有效參考。
2、為了實現上述專利技術目的，本專利技術的技術方案如下：
3、一種飛機工裝減輕孔的設計優化方法，其特征在于，包括如下步驟：
4、步驟a、獲取無減輕孔工裝上每根梁的承載情況；
5、步驟
6、步驟c、推導帶矩形減輕孔的懸臂梁在受集中力時的最大變形公式，結合步驟b，獲取兩端固定靜不定的帶矩形減輕孔梁的剛度；
7、步驟d、根據工裝設計要求和實際需求，確定工裝的剛度要求和減重目標，并明確減輕孔參數的限制條件；
8、步驟e、采用正交試驗確定減輕孔參數對優化目標的影響程度，并根據試驗結果優化設計工裝減輕孔。
9、進一步的，所述的獲取無減輕孔工裝上每根梁的承載情況，包括：測量工裝上產品的重量、中心，根據測量結果將產品簡化為質量點，按照真實連接形式與工裝接頭相連，并讀取組成工裝的每根梁所承受的載荷情況。
10、進一步的，帶減輕孔的懸臂梁在受集中力時的最大變形等于懸臂梁受集中力產生的變形、懸臂梁由于彎曲內力和附加力矩產生的變形以及懸臂梁由于剪切內力產生的變形之和。
11、進一步的，針對薄壁空心梁，帶減輕孔的懸臂梁在受集中力時的最大變形還應加上修正值
12、
13、式中，n為減輕孔的個數，n為奇數時i＝1，n為偶數時i＝2；δ1為孔長，δ2為相鄰兩個減輕孔之間的間距；i1為無減輕孔部分截面慣性矩，i2為有減輕孔部分截面慣性矩；k為修正系數。
14、進一步的，步驟e中，根據梁的不同載荷傳遞方式確定不同的優化策略；規定順序傳遞載荷的梁為“串聯”關系；當梁是“串聯”關系時，優化策略為設計減輕孔參數使梁的比剛度達到最優；規定共同承擔載荷的梁為“并聯”關系，當梁是“并聯”關系時，優化策略除要設計減輕孔參數使梁的比剛度達到最優外，還要使并聯關系的梁增設減輕孔后剛度仍保持一致，保持結構對稱性，促使載荷均勻分配，避免產生附加彎矩。
15、進一步的，步驟d中，針對工裝的剛度要求，用單位質量下產生單位撓度所需載荷ω來表示結構的比剛度，ω越大結構比剛度越大，ω越小結構比剛度越小，其表達式為：
16、
17、其中，f為集中載荷，ωc為梁的總變形，m為梁的質量。
18、進一步的，減輕孔參數包括減輕孔的寬度、長度和數量，減輕孔的限制條件包括：減輕孔長度不超過梁總長度的10％；減輕孔寬度不超過梁寬度的80％。
19、進一步的，步驟f中，以減輕孔的寬度、長度、數量為因素，按照計算的精細程度設置水平數量x，建立因素水平表，計算每根梁的比剛度和極差；根據計算結果，按順序優先保證對目標影響程度較大的因素，削弱對目標影響程度較小的因素，最終得到工裝減輕孔的設計結果。
20、進一步的，帶減輕孔的懸臂梁受集中力f/2產生的變形包括由集中力產生的彎曲變形和由集中力產生的剪切變形。
21、進一步的，帶減輕孔的懸臂梁受集中力f/2產生的變形中，由集中力產生的彎曲變形ωm為：
22、
23、其中：ω1為第一段在集中力作用下由于變形發生的位移，ω1*為第一段在集中力作用下由于彎曲發生的位移，ωi為第i段在集中力作用下由于變形發生的位移，ωi*為第i段在集中力作用下由于彎曲發生的位移，ω2n+1為第2n+1段在集中力作用下由于變形發生的位移；
24、由集中力產生的剪切變形ωf為：
25、
26、其中h1為梁外截面高度，h2為梁內截面高度，g為材料剪切模量；n為減輕孔的個數；δ1為減輕孔長，δ2為相鄰兩個減輕孔之間的間距，δ3為減輕孔的寬度，i1為無減輕孔部分截面慣性矩，i2為有減輕孔部分截面慣性矩。
27、進一步的，懸臂梁受到內力矩和附加力矩造成的彎曲變形和剪切變形分別為和0，則彎矩產生的總變形為：
28、
29、其中：為第一段在內力矩me和附加力矩m*作用下由于變形發生的位移，為第一段在內力矩me和附加力矩m*作用下由于彎曲發生的位移，為第i段在內力矩me和附加力矩m*作用下由于變形發生的位移，為第i段在內力矩me和附加力矩m*作用下由于彎曲發生的位移；為第2n+1段在內力矩me和附加力矩m*作用下由于變形發生的位移。
30、綜上所述，本專利技術具有以下優點：
31、1、本專利技術提供了一套工裝減輕孔的設計和優化策略，通過計算得到工裝梁的承載情況，之后建立減輕孔設計參數與工裝梁剛度和重量之間的關系，明確設計參數與產品指標之間的關系，最后采用正交試驗法得到不同參數對指標的影響程度，再按照從大到小的順序依次單目標優化，實現了工裝減輕孔的優化設計；
32、2、本專利技術方法通過力學中的梁彎曲和剪切變形公式，建立了工裝減輕孔尺寸、分布與工裝梁剛度和重量之間的關系，并以工裝剛度與重量的比值為優化目標，針對減輕孔尺寸和分布為設計人員提供了有效參考；
33、3、本專利技術方法通過逐段變形效應疊加法推導懸臂梁最大變形公式，將兩端梁轉化為靜不定結構的等效靜定系統處理，給出了減輕孔設計參數與工裝梁最大變形關系公式的推導過程，為設計人員提供了參考；
34、4、本專利技術根據實際需求確定減輕孔參數范圍后，通過正交試驗對參數進行優化，得到剛度滿足要求且重量最輕的減輕孔設計參數，該方法具有計算高效，操作簡單等優點，為工裝設計人員提供了新的思路和方法；
35、5、本專利技術方法中，還提出了基于逐段變形效應疊加法推導懸臂梁最大變形公式的修正方法，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種飛機工裝減輕孔的設計優化方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的一種飛機工裝減輕孔的設計優化方法，其特征在于，所述的獲取無減輕孔工裝上每根梁的承載情況，包括：測量工裝上產品的重量、中心，根據測量結果將產品簡化為質量點，按照真實連接形式與工裝接頭相連，并讀取組成工裝的每根梁所承受的載荷情況。
3.如權利要求1所述的一種飛機工裝減輕孔的設計優化方法，其特征在于，帶減輕孔的懸臂梁在受集中力時的最大變形ωc等于懸臂梁受集中力產生的變形ωZ、懸臂梁由于彎曲內力產生的變形以及懸臂梁由于剪切內力產生的變形之和。
4.如權利要求3所述的一種飛機工裝減輕孔的設計優化方法，其特征在于，針對薄壁空心梁，帶減輕孔的懸臂梁在受集中力時的最大變形還應加上修正值
5.如權利要求1所述的一種飛機工裝減輕孔的設計優化方法，其特征在于，步驟e中，根據梁的不同載荷傳遞方式確定不同的優化策略；規定順序傳遞載荷的梁為“串聯”關系；當梁是“串聯”關系時，優化策略為設計減輕孔參數使梁的比剛度達到最優；規定共同承擔載荷的梁為“并聯”關系，當梁是“并聯”關系
6.如權利要求1所述的一種飛機工裝減輕孔的設計優化方法，其特征在于，步驟d中，針對工裝的剛度要求，用單位質量下產生單位撓度所需載荷Ω來表示結構的比剛度，Ω越大結構比剛度越大，Ω越小結構比剛度越小，其表達式為：
7.如權利要求1或5所述的一種飛機工裝減輕孔的設計優化方法，其特征在于，減輕孔參數包括減輕孔的寬度、長度和數量，減輕孔的限制條件包括：減輕孔長度不超過梁總長度的10％；減輕孔寬度不超過梁寬度的80％。
8.如權利要求1所述的一種飛機工裝減輕孔的設計優化方法，其特征在于，步驟f中，以減輕孔的寬度、長度、數量為因素，按照計算的精細程度設置水平數量x，建立因素水平表，計算每根梁的比剛度和極差；根據計算結果，按順序優先保證對目標影響程度較大的因素，削弱對目標影響程度較小的因素，最終得到工裝減輕孔的設計結果。
9.如權利要求3所述的一種飛機工裝減輕孔的設計優化方法，其特征在于，帶減輕孔的懸臂梁受集中力F/2產生的變形包括由集中力產生的彎曲變形和由集中力產生的剪切變形。
10.如權利要求9所述的一種飛機工裝減輕孔的設計優化方法，其特征在于，帶減輕孔的懸臂梁受集中力F/2產生的變形中，由集中力產生的彎曲變形ωM為：
11.如權利要求3所述的一種飛機工裝減輕孔的設計優化方法，其特征在于，
...【技術特征摘要】
1.一種飛機工裝減輕孔的設計優化方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的一種飛機工裝減輕孔的設計優化方法，其特征在于，所述的獲取無減輕孔工裝上每根梁的承載情況，包括：測量工裝上產品的重量、中心，根據測量結果將產品簡化為質量點，按照真實連接形式與工裝接頭相連，并讀取組成工裝的每根梁所承受的載荷情況。
3.如權利要求1所述的一種飛機工裝減輕孔的設計優化方法，其特征在于，帶減輕孔的懸臂梁在受集中力時的最大變形ωc等于懸臂梁受集中力產生的變形ωz、懸臂梁由于彎曲內力產生的變形以及懸臂梁由于剪切內力產生的變形之和。
4.如權利要求3所述的一種飛機工裝減輕孔的設計優化方法，其特征在于，針對薄壁空心梁，帶減輕孔的懸臂梁在受集中力時的最大變形還應加上修正值
5.如權利要求1所述的一種飛機工裝減輕孔的設計優化方法，其特征在于，步驟e中，根據梁的不同載荷傳遞方式確定不同的優化策略；規定順序傳遞載荷的梁為“串聯”關系；當梁是“串聯”關系時，優化策略為設計減輕孔參數使梁的比剛度達到最優；規定共同承擔載荷的梁為“并聯”關系，當梁是“并聯”關系時，優化策略除要設計減輕孔參數使梁的比剛度達到最優外，還要使并聯關系的梁增設減輕孔后剛度仍保持一致，保持結構對稱性，促使載荷均勻分配，避免產生附加彎矩。
【專利技術屬性】
技術研發人員：李櫟森，劉人豪，潘雨，陳犁韜，王維，勾江洋，周裕力，益建朋，
申請(專利權)人：成都飛機工業集團有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。