航天夹具系统包括零件、结合部、支撑件三部分。其中典型零件加工具有单批量、少批次的特点,需要根据零件参数设计特定的夹紧方式,包括吊装、侧向夹紧、压板压紧等。零件在加工前,需通过实验测定夹具系统的最弱刚度,防止零件在加工过程中因切削力过大导致加工精度降低或损坏,造成经济损失。针对夹具系统在前期刚度测量实验上耗费资源过大的问题,本文以“U”形零件夹具系统为研究对象,通过仿真与实验研究了零件与结合部对系统刚度的影响,对仿真数据进行了多元回归分析,建立了夹具系统的刚度计算模型,同时对模型中的装配参数进行了优化设计。实现了数据的可视化应用。具体研究内容与结论如下:首先,对“U”形零件进行刚度建模,利用ANSYS的拓扑优化方法减轻了其40%的材料重量,在保证零件刚度不超出允许范围的基础上,清理了与刚度相关性较弱的拓扑结构。在此基础上,对“U”形零件进一步优化,最终将“U”形零件简化为“L”形零件。结果表明:当零件受到X、Y、Z方向的切向切削力时,简化前后的零件刚度相对误差在14%以内,满足工程需求。其次,以7075铝合金和45号结构钢为接触材料,作为结合部刚度建模的研究对象,利用虚拟材料法模拟了不同螺栓预紧力下结合部的动态性能,针对虚拟材料法计算过程繁琐的问题,提出了虚拟材料法简化模型。结果表明:简化后的虚拟材料法仿真与实验所测系统前3阶振型一致,且固有频率误差在5%以内,计算速度为虚拟材料法的2950倍,在保证计算准确性的同时极大提升了计算效率。最后,利用Solid Works与ANSYS软件对夹具系统进行了交互式批量仿真,通过Stata软件对仿真数据进行了回归分析,建立了夹具系统的刚度求解模型。在此基础上,运用遗传算法对夹具的装配参数进行了优化。利用Vue与Spring Boot框架实现了模型的数据可视化应用。结果表明:刚度模型计算值与真实刚度值相对误差在25%以内,满足工程需求,优化后夹具系统的最小刚度提高了44%,为零件的装配提供了理论参考。搭建的刚度求解平台实现了刚度计算、存储、查询功能。