读来读往

CIMT将于4月22日在北京隆重开幕。面对后危机时代的挑战,中国已连续几年成为世界第一大机床消费国,本届展会更是盛况空前,代表世界顶尖技术水平的机床工具产品将大放异彩。本刊为此推出了"未来机床"、"未来刀具"、"未来测量"和"未来工厂"4期特别策划。本期是以"未来工厂"为主题的特别策划。封面文章介绍了数字化工厂技术的应用现状与趋势;专稿针对实现飞机全三维设计的     

先进教练机三维工艺设计平台架构研究

沦述了航空制造业中数字化工艺设计的发展现状,分析了在三维业务需求下．当前教练机工艺设计系统所存在的问题及技术差距,并在此基础上提出了基于先进教练机平台的三维工艺设计集成系统总体构架技术方案,阐述了三维工艺设计支撑环境的构建,构建了基于数字量传递的三维工艺设计过程模型及三维工艺集成平台系统软件总体应用架构,对三维工艺设计数据库也进行了说明。     

弹性飞行器飞行动力学建模研究

随着飞行器结构模态频率与刚性模态频率愈加接近,弹性效应对弹性飞行器飞行动力学特性的影响变得愈加明显,特别是操稳特性将变得更加的复杂和严峻,已经不能用“刚性飞行器”的分析方法进行研究,因此迫切需要为弹性飞行器建立能够包含多学科耦合的飞行动力学模型.本文对弹性飞行器飞行动力学建模的相关研究进行了总结与发展:首先简要阐述了建立多学科耦合弹性飞行器飞行动力学模型的必要性;然后对传统的弹性飞行器飞行动力学模型进行了研究,分析总结了这些方法的优缺点;最后在此基础上提出了一种新的体轴系(瞬态坐标系),并利用拉格朗日方程和有限元思想推导了该坐标系下的动力学模型,该模型克服了传统模型的缺点,并准确自然地耦合了结构动力学、飞行动力学、空气动力学与控制等学科,较现有的模型而言,该模型能更充分更全面的描述弹性飞行器飞行过程中流场、结构、控制和飞行力学之间的交叉耦合特性.本文的研究成果可为弹性飞行器的动态特性分析提供必要的理论基础.     

基于相似构型决策的舰载机驾驶员建模与评估

舰船运动和舰尾流等复杂海况是影响舰载机着舰难易度和精确度的重要因素,建立驾驶员着舰控制行为模型并构建人机闭环系统是评估复杂海况对驾驶员操纵负荷影响的有效手段。此外,新一代舰载机存在多种构型配置,并且即便是同一飞机其每次开始着舰时也可能处于不同的质量和气动构型下,因此在驾驶员建模中有必要考虑飞机构型变化。针对舰载机着舰操纵负荷评估问题,基于飞行试验手段和频域计算方法,建立了纵向俯仰跟踪的Hess结构驾驶员模型。考虑飞机着舰构型的变化,基于CAP准则和控制扩展方法,构建了舰载机典型构型库,并应用驾驶员在环仿真试验建立了与各飞机构型匹配的驾驶员模型,形成驾驶员模型库。在此基础上,给出了相似构型决策准则和方法,提出了针对指定飞机构型的驾驶员行为模型预测方法。针对舰载机在复杂海况下的着舰任务开展仿真分析,结果表明,本文方法能够支撑研究不同舰载机构型的操纵负荷的影响。     

晶体塑性本构模型材料参数识别方法研究

为建立简单高效的晶体塑性本构模型材料参数识别方法,将传统Voronoi多晶/柱晶微结构模型进行了简化,探索了简化微结构模型的建模策略,验证了利用简化微结构模型进行材料参数识别的合理性,分别形成了针对多晶、柱晶与单晶合金的材料参数识别策略,获得了ZSGH4169,DZ125与DD6合金共15组材料参数。结果显示：简化模型的网格数量远远低于传统Voronoi微结构模型,极大地降低了计算代价;为保证简化模型的结果合理且计算代价适中,简化多晶模型需大致含有125个晶粒;相同材料参数条件下,简化模型与传统Voronoi模型的计算结果基本一致;3类合金仿真/实验结果间的最大误差均不超过5%。文中所开发材料参数识别方法计算成本小、操作难度低、运行效率高。     

三维编织Cf/Al复合材料T型件振动疲劳性能

采用真空压力浸渗法制备的三维编织C_f/Al复合材料具有良好的力学性能,在航空航天等领域的应用上具有较大潜力。本工作以三维编织C_f/Al复合材料为研究对象,对其在不同加载应力下进行振动疲劳实验,并观察疲劳实验后其断口处的微观结构。结果表明：加载应力越大,达到疲劳稳定阶段时T型件的固有频率降幅百分比也越大,即对T型件内部结构的破坏也越显著;对不同加载应力下的疲劳数据进行拟合,绘制S-N曲线,得到T型件振动疲劳损伤演变规律的数学模型,可用于预测三维编织C_f/Al复合材料的疲劳寿命;对实验后T型件进行断口处的宏观和微观分析,发现实验后的T型件呈现典型的脆性断裂特征。     

基于ABAQUS二次开发的直升机桨根快速建模方法及应力分析

随着新构型直升机技术的发展,对直升机桨叶有限元仿真技术的要求也越来越高。参数化建模仿真方法能够降低有限元法仿真技术的使用难度,对桨叶快速化、精细化设计具有重要意义。本文基于ABAQUS二次开发方法构建了一种适用于直升机桨叶根部段的快速建模方法,在有限元建模过程中参数化建立材料属性和接触属性,完成直升机复合材料桨叶根部段的快速化仿真分析。利用该方法对某直升机桨根进行应力计算,与常规建模方法相比,快速建模方法有效提高了建模效率,保证了仿真结果的一致性。快速建模方法仿真结果与常规建模方法仿真结果相比应变误差不超过1%,快速建模方法与试验结果相比应变误差不超过10%,常规建模与试验结果应变误差不超过91%,验证了该方法的可靠性。     

面向工业机器人的数字孪生建模精度补偿方法

针对现有工业机器人智能装备建模感知监测精度缺失,依靠理论参数建模精度低等问题,本文以工业机器人铣削系统为研究对象,构建了高精度光栅尺实时测量机器人关节转角的数字孪生监测系统,避免了齿轮间隙、编码器丢码等关节转角误差对数字孪生建模准确度的影响;根据MD–H运动学建模方法建立了数字孪生驱动模型,采用L–M算法对工业机器人建模参数进行辨识修正,减少了机器人数字孪生模型中几何误差的影响;开发了数字孪生交互系统平台,用以监测、控制物理空间的工业机器人铣削系统的作业运动。利用辨识后的机器人关节参数构建的数字孪生模型,使得工业机器人铣削系统运动点位的建模精度从±1.6905 mm提高到了±0.3304 mm,提高了4.12倍,表明本文针对工业机器人数字孪生建模方法的正确性和建模参数辨识方法对建模精度补偿的可行性。     

一种面向工业机器人的高精度三维无序抓取系统

在航空航天、汽车等领域中,各类复杂工件结构复杂、纹理弱且混叠堆放,在智能制造过程中存在快速、高精度测量和识别难题。针对上述问题,建立了一种面向工业机器人的高精度三维无序抓取系统。基于面结构光三维测量技术,构建大场景固定基座的三维视觉测量装备,获取大型复杂零件的三维点云数据。建立零件点云模板,设置抓取点位置,利用点云配准技术识别零件并估计当前位姿。提出了一种手眼标定优化策略,实现了对工业机器人的精确引导,完成任意位姿零件的抓取,按要求装配于指定位置。实验结果表明,所设计的无序抓取系统平移误差为0.413mm,角度误差为0.123°,可以快速有效地对散乱堆叠零件进行高精度识别与定位,引导工业机器人准确抓取与放置,该系统可以在航空航天、汽车等领域的工业生产线上进行示范应用。     

空中加油对接过程软管-锥套动态特性

建立了加油软管-锥套系统的动态数学模型,并利用该模型进行空中加油对接过程模拟.在加油机尾流场中,根据牛顿运动定律,推导定长度软管-锥套系统的运动学方程和动力学方程;建立了变长度的软管-锥套模型来控制对接过程软管-锥套的稳定性,对软管-锥套动态特性进行了分析.在Matlab/Simulink仿真平台下搭建模型,在不同的飞行条件下对模型进行数字仿真验证.仿真结果与国内外公开试飞数据相吻合,验证了模型的正确性.所建模型可用于有人机空中加油训练模拟和无人机自主空中加油仿真等.