基于工艺条件驱动的元件自动定位原理及方法(英文)

为了缩短机械产品及其制造工艺装备的研制周期,在其结构中使用了大量的元件,因此元件的自动定位方法是智能CAD技术研究中的一个重要问题。本文结合飞机制造工装智能设计技术的研究,对此开展深入的研究,并在此基础上提出和建立元件的自动定位原理、形式化表示方法和实现算法。内容为:(1)定义几个术语及其形式化表示方法,包括工艺条件、定位基准和定位算子等;(2)提出和建立元件自动定位的计算模型和定位变换等数学方法;(3)介绍基准的定义结构及实现自动定位的一些关键算法。这些原理和算法已在"机床夹具智能设计(JigICAD)系统"研究项目中得以开发、应用和验证。     

管路组件可重构装配工装系统的定位器自动配置与性能分析

为解决航空航天管路组件的装配质量及效率问题,设计并实现了一套新型自动化可重构工装系统。为实现管路工装系统定位器的自动配置,首先基于D-H法建立了定位器的运动学模型,并以配置系统解析的管接头位姿参数为目标值求解出了定位器的配置参数,为管路工装模型的自动配置提供了数据依据。在此基础上,利用数值法求出了定位器的工作空间,并以工作空间的最大包络直径作为干涉圆直径提出了定位器的运动路径规划方法。然后,基于坐标变换理论和空间尺寸链方法,建立了定位器的定位误差模型,为定位器乃至整个管路工装系统的性能分析提供了理论依据。最后,以某航空发动机一套管路模型的自动配置和性能分析过程为例给出了应用验证。     

基于SDT和间接平差的中机身自动调姿精度分析

以4定位器式中机身调姿机构为研究对象,提出了一种飞机部件动态调姿精度的分析方法。首先,使用小位移旋量(Small Displacement Torsors,SDT)对定位器各关键公差建模,建立了定位器4层次误差SDT模型。其次,基于微分变换推导出定位器制造误差与中机身位姿误差之间的显式函数关系,给出了制造误差传递与累积系数矩阵。在此基础上,结合5次多项式轨迹规划方法,建立了单个定位器动态误差传递数学模型。然后,针对多定位器的误差耦合,综合运用间接平差法和加权最小二乘法,提出了多定位器球铰中心点动态误差耦合计算方法,并推导出了误差补偿量计算表达式。试验结果表明,依据该方法计算定位器驱动修正值,对调姿机构实施误差补偿,能较好地降低调姿误差,提高调姿部件的定位精度,为保证大部件对接装配协调准确度提供了有效途径。     

飞机装配型架标准件模型化技术

 针对飞机装配型架标准件的结构特点,在分析目前标准件管理技术及其局限性的基础上,提出了飞机装配型架标准件模型化技术。具体内容包括 :( 1 )综述当前常用的标准件管理技术及其特点;( 2 )提出并建立型架标准件的信息模型、结构与形状模型和语义模型;( 3)介绍型架标准件语义模型的解释机制等。与其它标准件管理技术相比,标准件模型化技术的特点是数据模型化、程序通用化以及标准件库扩充与维护方便等。本项技术还可推广应用于典型型架及其元件的管理,以进一步提高型架设计的效率     

飞机装配型架中骨架的数字化设计原理及实现

骨架设计对型架的总体性能和研制进度具有重要的影响。因此,在FixCAD系统的研制中,将骨架的数字化设计方法作为一个主要的问题,开展了专门的研究。但是,由于这些研究未考虑到现在的骨架结构中含有曲轴线和新型材元件的情况,其研究成果已不再适应于这些骨架结构的设计。为此,从对骨架轴线的抽象定义、表示和计算入手,探索和提出全新的骨架数字化设计技术,从根本上解决现有方法存在的局限性。具体包括:(1)根据骨架结构轴线及其设计方法的特点,提出线元、线列和线链等新概念,建立线元逻辑端矢的计算算子;(2)应用所提出的概念和算子,构建骨架的轴线模型、元件端面法矢计算方法、设计过程模型以及元件造型算法等;(3)介绍利用所建立的数据模型和算法技术实现的"骨架数字化设计子系统"及其应用。最后,总结了所介绍的技术特点和意义以及后续研究重点。     

重型运载火箭集中力扩散舱段多区域联合设计与优化

为提高重型运载火箭集中力扩散舱段的承载能力和集中力扩散性能，提出了变截面-等比布局多区域联合设计方法和建立了基于静力分析以及工程估算方法的优化模型，并据此开展集中力扩散舱段优化设计。建立了集中力扩散舱段参数化有限元模型，基于显式动力学方法开展了结构承载性能和集中力扩散性能分析。依据集中力扩散舱段结构形式和承载特点，提出了综合多区域变厚度蒙皮、变截面主梁和副梁/桁条等比非均匀布局的联合设计方法，实现了结构精细化设计。为综合提高结构承载性能和集中力扩散性能，建立了基于静力分析和工程估算方法的优化模型，并基于模拟退火法求解该优化模型，获得了减重效果明显的优化结构。对比结果表明，捆绑接头两侧副梁/桁条靠近捆绑接头密布、捆绑接头中间副梁远离捆绑接头密布、变截面主梁以及变厚度蒙皮设计有利于提高结构承载效率和集中力扩散性能，验证了提出的多区域联合设计方法和优化模型在设计集中力扩散舱段方面的有效性和优越性，证明了本文优化工作具有一定的工程应用价值。     

辅助工程师设计的知识融合设计方法:卫星舱布局设计(英文)

卫星舱布局设计属工程系统设计问题,为用传统计算方法难以解决的问题,该问题具有三重难度:工程复杂性、计算复杂性和达到工程实用难。卫星布局设计师的成功经验表明,它需要依赖设计师的经验和智慧、借鉴先验知识和辅以"计算"进行设计,并实现人机结合。本文的人机结合方法采用在线人知识、在线计算知识和先验知识(如参考布局施工图)的知识融合方法,并在卫星布局CAD、仿真与评价系统平台上实现,发挥人机各自特长。主要研究:(1)设计知识:包括在线人知识、在线计算知识和先验知识的表达;(2)上述3类知识的广义描述模型及其知识融合方法;(3)人的作用。经以简化的国际通信卫星舱布局设计为例的数值实验验证,表明了本文方法的可行性。     

大部件调姿系统的误差分析

对基于三坐标定位器的大部件数字化柔性装配系统,建立系统运动控制所需的装配坐标系、动坐标系和POGO柱坐标系,并在此基础上分析了其正反解算法.根据大部件对接的高精度要求,用全微分的方法建立各结构误差与对接部件位姿误差之间的误差正解模型,提出了一种基于工作空间的位姿补偿方法.最后,建立带有误差源的正解模型,以实例计算验证了误差正解模型和补偿方法的正确性.     

产品设计过程建模与执行系统研究

提出采用设计结构矩阵建立过程模型的方法,讨论了设计结构矩阵的层次结构,并基于图论知识对设计结构矩阵进行分析和改进,最后基于工作流模型和CORBA分布式运行协议建立了过程建模与执行系统,并应用于卫星总体概念设计过程。     

机翼结构有限元快速建模技术研究

为提高飞机机翼结构初步设计阶段有限元建模的质量和效率,提出了机翼结构有限元参数化建模方法。采用模板技术将机翼结构几何建模过程中的方法、规则和专家经验等知识进行封装,在CATIA建模平台上通过Visual Basic开发了知识驱动的机翼结构几何参数化建模系统。研究了CAD与CAE系统之间的数据传递手段,读取上游模型信息,完成了几何模型的重构。基于PATRAN二次开发语言PCL进行了有限元网格自动剖分,快速生成了有限元模型,并实现了CAD模型向CAE模型转换的无缝集成。     

复杂结构件数控加工浮动装夹自适应控制方法

为了减小复杂结构件数控加工产生的变形,满足装夹自适应调整需求,基于浮动装夹加工原理提出了浮动装夹自适应控制方法,研究了基于CAN(Controller Area Network)总线的浮动装夹系统通信、零件受力和变形的监测与检测、基于OPC(OLE for Process Control)的机床状态监测、数控机床和夹具协同控制等关键技术,开发了浮动装夹自适应控制系统。此系统在航空制造企业进行了实际加工应用验证,能够实现装夹自适应调整,满足工业应用需求。     

空心涡轮叶片精铸蜡型陶芯定位元件尺寸计算方法

 针对空心涡轮叶片精铸蜡型陶芯定位元件尺寸难以精确量化的问题,提出了基于模型匹配算法的陶芯定位元件尺寸计算方法。通过将壁厚权值因子引入匹配模型,实现了测量数据与理论模型的精确匹配;基于匹配后的陶芯实测数据,建立了定位元件的尺寸计算方法;最后,将壁厚偏差分布一致的一批陶芯分两组进行实验对比。结果表明该方法计算出的陶芯定位元件尺寸能够有效提高蜡型壁厚精度,对空心涡轮叶片的精确控型有一定的指导意义。     

操纵面对跨声速机翼气动弹性特性的影响

 运用基于非定常CFD的气动力辨识技术，得到跨声速非定常气动力降阶模型。耦合结构动力学方程，建立了基于状态空间的跨声速气动弹性分析模型。分析了典型三自由度二元机翼的颤振边界，分析结果与CFD/CSD直接耦合方法吻合。然后研究了操纵面结构参数（固有频率和重心位置）对跨声速气动弹性特性的影响。研究发现,一些传统的结构设计准则和颤振排除技术未必适用于跨声速状态;操纵面偏转模态常常成为诱发跨声速颤振的主要模态;经典的质量平衡技术可能会降低跨声速气动弹性系统的稳定性。     

一类非线性系统的神经网络自适应控制

针对一类单输入单输出不确定非仿射型非线性系统,基于多层神经网络提出了一种直接自适应控制方法。该设计方法首先应用多层神经网络自适应模拟逼近逆解中的未知部分,然后应用逆设计和自适应反演设计出虚拟控制量,最后应用反馈线性化设计方法和神经网络设计了直接自适应控制律。并利用Lyapunov稳定性定理推导了神经网络的参数调节律,保证了闭环系统的所有信号均最终一致有界。     

VXI based breadboard module use

Plug-in VXI based breadboard modules are an excellent solution to achieve a lower costing, time and hardware saving test bench. These breadboard modules are equipped with built-in VXI bus interface circuitry and a breadboard area for creating a design to suit your test needs. A prime example for the use of this capability was demonstrated on a recent radar system test bench created to test many unique Units Under Test (UUTs) previously tested on separate test benches. A single breadboard module design replaced the dedicated interface and control hardware within the many test benches and test fixtures previously used to test the individual UUTs. This paper presents some design considerations and techniques implemented as part of this VXI breadboard module that can be useful when creating a VXI breadboard design. It also addresses the inherent built-in test capabilities provided by the module in conjunction with the techniques presented in the paper     

基于拓扑优化和形状优化的桨叶结构设计

直升机旋翼桨叶剖面结构设计是研究旋翼动力学设计的基础。提出一种联合拓扑优化和形状优化的 两级优化设计方法,可用于桨叶剖面结构的设计。第一级优化以变密度法(SIMP)作为拓扑优化的材料插值方 法,以桨叶体积最小化为设计目标,约束桨叶节点位移和应力,建立桨叶的拓扑优化求解模型;第二级优化以重 构的桨叶模型为基础开展形状优化,降低局部应力集中以及找到合理的边界节点位置。对优化后的模型进行 有限元分析,结果表明:通过拓扑优化和形状优化的两级优化,能够得到满足强度和稳定性要求的结构布局,为 桨叶结构设计提供指导方案。     

有输入未建模动态的导弹鲁棒控制器设计

在导弹系统俯仰通道中存在输入未建模动态情况下，提出了一种基于RBF神经网络和反演控制技术的非线性鲁棒控制器的设计方法。首先应用两个RBF神经网络对输入未建模动态设计了神经网络逆补偿器．然后利用反演控制技术设计了导弹非线性控制器．最后应用Lyapunov稳定性理论推导出RBF神经网络权重矢量调节律，证明了系统的所有信号均有界且全局指数收敛至原点。最后给出的BTT导弹非线性六自由度数字仿真结果显示了该设计方法的有效性。     

Topology optimization of joint load control with geometrical nonlinearity

This paper presents an extended topology optimization approach considering joint load constraints with geo-metrical nonlinearity in design of assembled structures. The geometrical nonlinearity is firstly included to reflect the structural response and the joint load distribution under large deformation. To avoid a failure of fastener joints, topology optimization is then carried out to minimize the structural end compliance in the equilibrium state while controlling joint loads intensities over fasteners. During nonlinear analysis and optimization, a novel implementation of adjoint vector sensitivity analysis along with super element condensation is introduced to address numerical instability issues. The degrees of freedom of weak regions are condensed so that their influences are excluded from the iterative Newton-Raphson (NR) solution. Numerical examples are presented to validate the efficiency and robustness of the proposed method. The effects of joint load constraints and geometrical nonlinearity are highlighted by comparing numerical optimization results.