超大含筋薄壁结构装配偏差计算模型与应用

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pppxulan
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
含筋薄壁结构广泛应用于航天领域,是重型运载火箭的主要承载骨架,其装配质量直接决定航天产品的可靠性。含筋薄壁结构一般需经过铣削和滚弯两道制造工序。铣削后含筋板复杂的残余内应力场使其发生严重的翘曲变形。滚弯过程受铣削残余应力及含筋板各向异性特征影响,难以精准控制壁板的滚弯半径。板与筋存在刚度差异,重型运载火箭尺寸的增大使含筋薄壁结构的几何非线性变形更为明显,难以进行含筋板结构的装配偏差分析。建立准确描述大尺度薄壁结构旋转大变形问题的含筋板模型,预测制造过程带来的初始偏差,探究初始制造偏差与装配偏差之间的关联关系,对提升重型运载火箭筒段装配质量及生产效率具有重要意义。本文针对含筋薄壁结构制造偏差表征与装配偏差精确计算问题,基于绝对节点坐标法提出了适用于含筋板建模的新型板/板复合单元模型,解决了翘曲变形下常规复合单元板筋分离或穿透的问题。通过数值分析方法研究了含筋板铣削加工和滚弯成形带来的初始制造偏差。根据变形协调条件建立了含筋板装配偏差模型,构建了筒段封闭结构装配偏差传递模型,并提出了针对筒段封闭结构的装配质量评价指标。基于新模型模拟了重型运载火箭筒段装配过程,与数值分析结果的对比验证了本文方法的准确性。主要研究内容如下:(1)基于绝对节点坐标法建立含筋板结构板/板复合单元针对现有板/梁复合单元在大翘曲变形下出现的板筋分离或穿透问题,根据变形协调及四节点耦合条件建立了可描述含筋板变形的新型板/板复合单元模型。基于非线性连续介质力学理论,推导新单元的刚度矩阵和质量矩阵。数值仿真验证了板/板单元模型的收敛性及准确性,分析了加强筋尺寸及数量对新单元性能的影响。(2)含筋薄壁结构初始制造偏差定义与计算通过数值方法分析了含筋板结构铣削加工与滚弯成形后的变形状态与偏差分布。基于含筋板经铣削和滚弯后的应力及变形状态,分析了翘曲与弯曲变形的出现机制。针对含筋板的典型变形,定义了含筋板结构的典型初始制造偏差。利用特征点坐标拟合响应面方程,获得初始制造偏差值,为定量研究装配偏差传递规律提供了条件。(3)含筋薄壁结构变形协调及装配偏差计算方法基于新型板/板复合单元模型对含筋薄壁结构进行单元离散,推导了装配体的广义外力及刚度矩阵。采用准静态假设,将含筋板结构装配简化为校形-回弹过程。根据变形协调条件计算装配体在校形内应力作用下的回弹变形,建立了含筋板装配过程的偏差传递模型,定量分析了不同初始制造偏差下的含筋板装配偏差的变化规律。(4)重型运载火箭筒段封闭结构装配偏差分析在含筋板结构偏差传递分析方法基础上,进一步发展了筒段封闭结构的装配偏差模型。针对筒段结构的几何特征,提出了封闭结构装配质量的评价指标。针对重型运载火箭筒段装配过程,研究了含筋板初始制造偏差形式及大小、壁板尺寸和装配顺序等因素对筒段装配质量的影响。仿真结果验证了筒段封闭结构装配偏差模型的准确性。本文提出了一种描述含筋板制造偏差与筒段封闭结构装配偏差关系的装配偏差计算方法,为未来重型火箭筒段装配偏差的预测与控制提供理论基础和指导方案。
其他文献
全球人口和车辆数量的急剧扩张,增加了道路参与者在道路交通事故中的脆弱性。这些事故造人员受伤和死亡,根据相关因素的影响,造成了事故后果的不同等级和类别。近些年的一些研究侧重于确定主要风险因素及其与安哥拉全国广域道路网许多死亡和伤害频率水平的联系。多年来,由于道路交通事故在世界各地造成严重和令人担忧的问题,人们对交通安全的关注与日俱增,非洲在其发生率和死亡率上尤为严重。此外,安哥拉道路交通事故的负担使
在大跨空间结构中,拉索作为轻质、高强的现代化工程构件,已应用于越来越多的工程设计中,然而,拉索服役过程中常常暴露在各类复杂条件下,承受着风、雨等复杂的交变荷载作用,加之结构本身承受的各类交变活载,使得拉索的疲劳成为控制其使用寿命的重要因素。拉索的疲劳破坏形式主要表现为微动疲劳和腐蚀疲劳,其中,微动疲劳现象更多地出现在绞捻形式的拉索中,如用途广泛的钢绞线拉索的疲劳寿命就常常因微动疲劳而大打折扣。本文
近年来,能源与环境问题成为人们关注的焦点话题。各国为减少温室气体的排放,制定了许多与碳排放有关的国际协议,催生了全球碳市场。交通运输业是一个高能耗行业,该行业实现节能减排是有必要的。此外,在典型的车辆路径问题中,客户需求通常被认为是确定的,但在现实环境中,需求可能是随机的,随机需求将影响配送成本。基于此,本文主要研究需求不确定条件下的车辆路径优化和速度优化。该研究旨在帮助企业在满足客户需求的基础上
集装箱码头的泊位和岸桥资源作为码头珍稀资源,其合理分配和调度对整个码头前沿的高效运作有着至关重要的影响。码头管理者通常会在船舶到港之前预先制定泊位和岸桥分配计划,但在实际执行过程中船舶延迟到港、装卸设备故障以及极端天气封港等干扰事件频繁发生致使原计划失效。应对干扰,当前码头主要采取经验式的干扰恢复策略,但是这种主观经验式的方式在一些复杂情况下并不能奏效,尤其对于存在船舶与船舶之间的转运操作的大型集
安全性是民用飞机最基本的特性,是飞机制造商赖以生存和发展的基础。为符合民机安全性要求,需要在设计阶段进行安全性分析。故障模式和影响分析(Failure Mode and Effect Analysis,FMEA)是安全性分析的重要方法,能够识别潜在故障模式,通过设计改进,最大限度减少故障发生。同时FMEA也能够为系统安全性评估过程以及故障树分析方法提供支持。传统的FMEA方法存在过渡依赖人工经验、
重载AGV(Automated Guided Vehicle)是无人化港口码头进行集装箱水平转运的关键设备,其车身结构主要有驱动车辆运行的电机驱动器和感应电机,提供能源的动力电池和进行环境感知的雷达模块。长时间工作在露天的临海环境之下,重载AGV的感应电机和其他零部件面临着湿度大,盐度大,日夜温差大,夏季酷热,冬季严寒等诸多恶劣环境因素的挑战。由于零件本身存在的制造缺陷以及车辆运行中出现的磨损、形
随着航空发动机性能的不断提高,叶片造型对发展高负荷和高效率等性能要求的压气机至关重要。同时,连续的表面曲率分布也是影响叶片气动损失的关键因素之一。叶片表面的不光滑和曲率不连续,会引起马赫数和压力分布的突变。本文实现基于曲率控制的二维叶型及三维叶片的优化设计来探究曲率连续的作用。其中二维叶型的造型采用中弧线厚度法,中弧线采用三种方式:(1)简单贝塞尔曲线;(2)多项式曲线;(3)3次非均匀B样条曲线
部分填充混凝土钢桥墩由于其质量轻、强度高、延性好的特点逐渐得到广泛应用。然而在多次地震后的震害调查中发现,在强震下钢桥墩除了发生局部屈曲破坏以外,还有可能发生另一种新的破坏模式。钢桥墩在极大的塑性应变幅作用下,循环几十次甚至几次后便发生断裂,这种断裂具有明显的延性特征,不同于传统的高周疲劳破坏,被称作超低周疲劳破坏。开展部分填充混凝土带肋箱形截面钢桥墩的超低周疲劳性能试验,深入研究这一现象,对确保
空间绳系卫星系统成为近年来航天领域研究热点之一。学者们针对空间绳系系统物理场建模、动力学特性、控制律设计等问题开展理论研究,同时,各国航天机构也纷纷开展空间绳系卫星发射试验。空间绳系卫星系统的一个重要分支是电动力绳系卫星系统。电动力系绳在轨道中与地磁场作用产生感应电动势,受到与运动方向相反的电动力作用,产生离轨效应。目前电动力绳研究多集中在电动力对系绳的影响,以此展开动力学与控制问题的研究,但未针
微纳卫星因其轻小型化、紧凑化和任务多样化等特点,近年来成为世界各国航天领域研究的热点。由于体积、重量、功耗和成本受限,微纳卫星的数传链路一般达不到常规卫星的等效全向辐射功率(EIRP)要求,因此需要寻求更高性价比的数传系统设计方案。本文以微纳卫星工程型号为背景,根据载荷数据传输需求,通过理论分析和工程论证对数传系统的工作频段、编码方式、调制方式进行优选,选定X频段作为系统工作频段、RS(255,2