[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

本發明屬于航空航天結構主承力構件設計技術領域，涉及一種面向航空航天薄殼結構的形位偏差特征庫建立方法。包括以下步驟：1)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；2)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；3)使用第一步和第二步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。本發明專利有助于建立擁有過我國自主知識產權的航空航天薄殼結構形位偏差特征庫，能夠有效服務于我國航空航天裝備的研制，縮短設計周期，為主要承力薄殼結構提供指導和設計規范。

技術領域

本發明屬于航空航天結構主承力構件設計技術領域，涉及一種面向航空航天薄殼結構的形位偏差特征庫建立方法。

背景技術

薄殼結構具有高比剛度和高比強度，因此被廣泛應用于航空航天結構的主承力構件中。航空航天中主承力薄殼結構主要承受軸壓載荷，破壞的主要模式為屈曲失穩，因此薄殼結構在軸壓工況下的極限承載能力是航空航天結構設計過程中的關鍵考核指標。然而通過大量軸壓圓柱殼試驗發現，試驗結果和經典理論存在巨大的差異，試驗得到的屈曲載荷往往只有經典理論解得20％-60％，并且實驗結果存在巨大的分散和差異性。經過數十年的研究發現，初始幾何缺陷的存在是試驗結果和理論結果存在巨大差異的主要原因之一。而幾何缺陷是加工制造、運輸裝配、服役等過程中不可避免的，因此如何精確地考慮不同種類的形位偏差(加工制造幾何缺陷)是準確預估薄殼結構極限承載力并進行精細化設計的有效途徑之一。歐盟采用歐洲鋼殼規范的方法，根據初始缺陷的情況對已加工薄殼結構進行評估分級，該方法被認為是圓柱殼穩定設計方面的權威性規范。美國NASA使用實驗設備測量圓柱殼蒙皮的完整初始幾何缺陷并建立初始幾何缺陷數據庫，為航天薄殼結構設計起到指導作用。我國運載火箭主承力結構采用網格加筋殼結構形式，建立能夠充分考慮加筋薄殼結構中不同種類形位偏差的數值模型，是準確預測薄壁筒殼結構實際承載力的有效途徑，也是我國運載火箭簡體筒殼結構輕量化設計的基礎，建立擁有我國自主知識產權的航空航天薄殼結構形位偏差特征庫，更是我國重型運載火箭和大型飛機制造的堅實基礎。

航天航空主承力薄殼結構一般包括筒殼結構，錐殼結構，球殼結構和復雜異性曲面薄殼等結構形式。隨著有限元等數值分析方法的快速發展，充分考慮形位偏差，建立能夠體現不同種類和位置制造幾何缺陷的有限元數值模型，進而精確分析計算筒殼結構極限承載能力是航天主承力結構精細化分析與設計的必要途徑之一。針對網格加筋薄殼結構，主要的形位偏差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、筋條厚度不均勻度等制造幾何缺陷形式。工程中一般采用較為保守的折減因子方法預估薄殼結構的極限承載力，這樣限制了航空航天主承力結構的精細化和輕量化設計。因此，亟需建立一種能充分考慮不同種類形位偏差，實現精細化模型的建立方法，并開展一種面向航空航天薄殼結構的形位偏差特征庫建立方法，為我國未來重型運載火箭和大型飛機制造提供指導和規范。

發明內容

本發明主要解決現有航空航天薄殼結構數值分析模型難以充分考慮不同類型形位偏差，難以精細化建模并針對形位偏差進行有效收集和分析的問題。提出一種面向航空航天薄殼結構的形位偏差特征庫建立方法，通過填寫殼體質量檢測卡完成制造特征形位偏差的信息匯總和梳理，在完美有限元網格模型的基礎上，采用插值和概率估計的方法對有限元模型中節點坐標進行修調，進而獲得考慮不同種類形位偏差的精細化有限元模型，達到精細化建模并有效梳理制造特征，指導優化設計的目的。這種方法方便使用，可實現多種形位偏差的特征梳理并在數值模型中有效體現，并且可以完成航空航天薄殼結構形位偏差特征庫的建立，為后續多種型號設計提供規范和設計基礎，縮短設計周期。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：

一種面向航空航天薄殼結構的形位偏差特征庫建立方法，包括以下步驟：