[發明專利]一種面向航空航天薄殼結構的形位偏差特征庫建立方法

有效

• 申請號: 201910306581.4
• 申請日: 2019-04-17
• 公開（公告）號: CN110096772B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 王博;郝鵬;馬祥濤;杜凱繁;郭杰;張希
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G06F113/24;G06F119/18
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

1.一種面向航空航天薄殼結構的形位偏差特征庫建立方法，其特征在于，所述的形位偏差特征庫建立方法包括以下步驟：

第一步，設計給出適合現場工人測量的殼體質量檢測卡，采點測量并填寫殼體質量檢測卡，獲取殼體關鍵結構參數和形位偏差特征數據，形位偏差特征數據包括殼體外表面母線偏移值、端面平整度、蒙皮徑向凹陷、焊縫寬度和高度、筋條厚度不均勻度；

第二步，對第一步得到的形位偏差數據，進行形位偏差的特征梳理和數學描述，進行缺陷成分分析；

采用數學方法對殼體質量檢測卡中收集的形位偏差特征數據進行分析，針對不同類型的形位偏差數據分別建立合適的數學模型，完成形位偏差特征的特征梳理和描述：對于殼體外表面母線偏移值和端面平整度采用數據插值方法或數據擬合方法進行數學建模；對于蒙皮徑向凹陷，采用凹陷形式的數學描述函數；對于焊縫寬度和高度、筋條厚度不均勻度采用數學概率統計的方法對尺寸的離散程度進行數學描述；

第三步，采用第一步和第二步的方法對于多個典型航空航天薄壁結構的形位偏差數據進行收集和分析，建立航空航天薄殼結構形位偏差特征庫；

采用第一步獲得的殼體質量檢測卡對多組典型薄殼結構進行形位偏差數據收集，采用第二步的方法進行形位偏差的特征梳理和數學描述，進行缺陷成分分析；基于薄殼結構的關鍵幾何參數和形位偏差特征進行數據分組歸類、無量綱處理、數據存儲，完成航空航天薄殼結構形位偏差特征庫的建立；基于航空航天薄殼結構形位偏差特征庫，進行薄殼結構的質量評級和缺陷敏感性分析，建立不同形式薄殼結構的設計規范；

第四步，基于第三步建立的航空航天薄殼結構形位偏差特征庫，建立充分考慮形位偏差的有限元數值模型；

首先，針對特定的薄殼結構建立完美的三維有限元模型，該模型為不含有制造幾何缺陷的完美三維有限元模型；然后，在航空航天薄殼結構形位偏差特征庫中搜索與指定模型具有相同結構形式和相近幾何尺寸的形位偏差特征數據；基于該形位偏差的數學特征描述，對形位偏差缺陷進行合理的放縮以適應指定的結構尺寸；最后，采用插值方法對完美結構三維有限元模型整體或局部的節點坐標進行修調或者基于幾何參數的概率分布函數為焊縫和筋條選取截面幾何尺寸，達到將不同真實制造幾何缺陷引入完美結構三維有限元模型的目的，進而獲得充分考慮制造幾何缺陷的精細化有限元模型；通過對缺陷幅值放大的方法可實現形位偏差數據的可視化，為設計人員提供參考。

2.根據權利要求1所述的一種面向航空航天薄殼結構的形位偏差特征庫建立方法，其特征在于，第一步中所述的適合現場工人測量的殼體質量檢測卡，形位偏差數據類型和測量方法同樣適用于錐殼、球殼、異性薄殼或其他薄壁結構形式，用于搭建不同結構形式的形位偏差特征庫，為建立精細化、真實化數值模型和建立行業規范起到重要作用。

3.根據權利要求1或2所述的一種面向航空航天薄殼結構的形位偏差特征庫建立方法，其特征在于，第一步中形位偏差數據測量方法如下：

(1)殼體外表面母線偏移值：沿環向每隔一定角度在殼體外表面取一條測量線，測量線避開縱向焊縫，沿測量線長度方向等分形成若干個測量點，利用靠尺測量并記錄其徑向偏移值，其中內凹為正，外凸為負；

(2)端面平整度：沿環向每隔一定角度，利用塞尺測量下端面與地面間的距離Z_下，翻轉殼體，按照同樣環向位置，利用塞尺測量上端面與地面間的距離Z_上；

(3)蒙皮徑向凹陷：通過目測，將蒙皮凹陷由大到小依次排序，測量并記錄每個凹陷的位置、幅值；其中內凹為正，外凸為負；

(4)焊縫寬度和高度：對每個焊縫，沿軸向或環向等分若干個點，作為測量點，測量并記錄每個測量點處的焊縫寬度和高度；

(5)筋條厚度不均勻度：沿環向每隔一定角度取一條縱向筋條，沿縱向筋條的長度方向等分形成若干個測量點，利用游標卡尺測量并記錄其厚度，并統計其不均勻度。