大型薄壁结构是火箭贮箱的骨架,在火箭发射过程中承受着巨大的静动载荷,薄壁结构的尺寸精度直接影响着产品的整机性能。大型薄壁结构整体几何偏差是由构件成形回弹产生。由于薄壁结构的大尺寸、弱刚度等特征,构件每点偏差矢量不一致,结构偏差在空间上呈场分布的特征,现有的偏差传递模型只考虑局部特征点的偏差,无法准确描述构件的偏差场特性。同时装配过程中过约束装夹和焊接变形的耦合作用造成大型薄壁结构装配偏差难以精确预测,出现故障后难以进行零部件偏差的溯源。因此,研究大型薄壁结构装配偏差精确预测方法,揭示装配偏差的长程累积机制并进行制造偏差控制具有十分重要的意义。针对大型薄壁结构装配偏差传递与控制问题,提出大型薄壁结构空间偏差场精确描述与传递分析方法,相对于影响系数法,提高结构偏差预测精度。首先针对大型薄壁构件偏差分布不均匀的特点,提出基本偏差场线性组合的方法描述大型薄壁构件的偏差,建立装配前后偏差场传递理论模型,定量研究各个偏差源与装配体偏差的关联关系,揭示大型薄壁结构装配过程偏差累积机制。基于装配偏差场传递理论模型,采用两步优化的方法构建零部件基本偏差场与关键控制点的映射模型,通过多点变形协调控制的形式抑制基本偏差场,改善装配质量。基于建立的大型薄壁结构装配偏差表征与传递模型进行火箭贮箱零组件结构装配偏差预测,研究不同装配顺序的偏差传递规律,并进行零部件的装配顺序优选设计,提高火箭贮箱装配的几何精度和装配质量。主要研究工作如下:(1)基于刚度分解的大型薄壁构件偏差精确表征考虑大型薄壁结构在几何型面上偏差分布不均匀的特点,利用结构刚度矩阵的特征分解,计算结构的一组广义柔度,每一个广义柔度对应一个表征零件偏差的基本偏差场;分析零件不同广义柔度下力和变形关系的单一性、正交性以及广义柔度的柔度系数随阶数的衰减性,建立零件在结构刚度下的实际偏差与不同广义柔度下的基本偏差场的映射关系,忽略高阶广义柔度对偏差的影响,采用截断的方法选取有限阶基本偏差场近似表征零件实际偏差,弥补了现有方法中基于局部特征点偏差描述的不足。(2)大型薄壁结构装配偏差场传递建模基于大型薄壁结构装配过程中的N-2-1定位方式,采用基本偏差场描述夹具偏差的影响;利用主成分分析方法得到不同工艺参数下典型的焊接变形模式,通过定义偏差源特征点,以等效力的形式建立焊接变形子模块。考虑零件初始偏差、过约束装夹、焊接变形对装配偏差的耦合影响,基于大型薄壁构件装配前后变形协调关系,以基本偏差场为单元建立大型薄壁结构装配过程偏差场传递模型。该模型以场到场的偏差传递形式更有效地揭示了柔性结构装配过程中的整体变形协调效应,通过贡献度和敏感度分析实现了装配偏差传递的精确预测与故障溯源。基于柱面薄壁结构装配实验的结果对比,验证了提出模型的准确性,与影响系数法比较,该方法可以提高大型薄壁结构装配偏差预测精度。(3)基于多点协调校形的薄壁结构装配偏差控制采用有效独立性的优化方法,逐步消除对零件偏差表征影响最小的测点,求解与基本偏差场相关的关键测点集实现偏差因子的近似计算;建立关键测点集和基本偏差场控制关系的优化模型,采用遗传优化算法求解每个基本偏差场对应的关键测点及偏差调整量,通过控制关键测点的偏差来抑制特定的基本偏差场而不引起其他基本偏差场的变化,基于多点协调校形的形式实现偏差溯源后零件偏差的优化和装配体几何精度的控制。基于装配实验结果分析,控制零件的关键测点偏差,进行装配仿真计算得到控制后的装配偏差,控制前后的偏差结果对比验证了提出模型的优化控制效果。(4)火箭贮箱大型薄壁结构偏差场传递特性研究基于建立的偏差描述与传递理论模型,开发了大型薄壁结构装配偏差传递分析软件系统,针对火箭贮箱的典型箱底结构,进行箱底瓜瓣薄壁零件的偏差场表征及装配后偏差预测,并与实际箱底装配后测量数据进行对比,验证了采用基本偏差场进行大型薄壁结构偏差描述与传递分析的合理性,量化分析贮箱大型薄壁结构在不同装配顺序下偏差传递特性,优选合理的装配方案,进行贮箱结构装配偏差的预测与几何精度评价,为提高贮箱薄壁产品制造质量奠定了基础。本文形成了一套基于刚度分解的大型薄壁结构装配偏差表征、传递、优化控制的闭环方法,为大型薄壁结构装配偏差的预测及装配质量的改善提供了基础理论和技术方法。