航空航天制造机器人高精度作业装备与技术综述

新一代航空航天产品的研制与批产对制造精度与加工质量提出了更高的新要求。以机器人为核心的智能制造技术与装备是解决该难题的有效途径。然而,工业机器人较低的定位精度与弱刚性结构属性严重制约了其在航空航天部件高精度加工作业中的推广应用。本文在阐述国内外机器人装备在航空航天制造业的应用现状的基础上,重点介绍了机器人作业刚度强化策略与定位误差精确补偿方法的研究现状,并分析了现有高精度控制方法存在的问题及技术难点。最后探讨了机器人作业装备在航空航天制造领域的技术发展趋势,为面向航空航天产品的机器人高精度制造技术的研究提供参考与借鉴。     

某型航空发动机前支承动刚度的有限元分析

对某型航空发动机前支承结构的简化问题进行了探讨,根据实际发动机图纸利用UG软件建立了前支承结构三维实体模型。利用ANSYS软件对该模型进行了模态计算,得到前八阶模态。根据谐响应分析基本理论,对前支承结构进行了谐响应分析,求得静子支承系统前支承在简谐激振力下的频率响应曲线。根据动刚度定义利用MATALB编程计算得出了静子支承系统前支承动刚度曲线。     

全复材机翼桁条的结构布局和尺寸对刚度的影响分析

利用薄壁结构力学剖面计算的理论,通过计算获得全复合材料机翼的扭转和弯曲刚度及刚心位置,并进一步研究了桁条的结构布局对机翼整体结构刚度的影响。结果表明:机翼的剖面刚度随桁条的尺寸和分布的变化而改变,桁条最佳间距为130~150mm。该内容的研究为复合材料飞机机翼结构设计和气动弹性分析提供了重要依据。     

时变支承刚度对分流传动系统振动特性的影响

基于集中质量法,考虑时变啮合刚度、综合传递误差和齿侧间隙等因素的影响,建立了圆柱齿轮分流传动系统的弯扭耦合动力学模型和方程。采用变步长Runge-Kutta法,对动力学方程进行了数值求解;通过引入滚动轴承的支承刚度计算模型,分析了时变支承刚度和非时变支承刚度对系统振动特性的影响。仿真结果表明：当按照时变支承刚度模型计算时,轴承的支承刚度会产生4%左右的波动,输出轴上的横向振动位移幅值增大了约5%;支承刚度的时变性使得系统的非线性增强,稳定性变差;支承刚度的时变特性对分扭级动载系数影响较大,对并车级动载系数影响较小。     

三维四向编织复合材料疲劳性能分析

建立基于八边形纤维束截面假设的三维四向编织复合材料单胞模型。基于单向复合材料疲劳剩余刚度和剩余强度模型,结合组分材料的疲劳失效判据和性能突降方法,建立了三维四向编织复合材料疲劳寿命预测模型。利用ABAQUS有限元软件UMAT开发了疲劳寿命预测与渐进损伤分析程序,研究了三维四向编织复合材料在不同应力水平下的损伤扩展过程和疲劳寿命。研究表明,疲劳损伤是从纤维束之间的接触面的单元开始发生损伤破坏,然后向纤维束表面以及纤维束内部开始扩散,并且损伤扩展速率随着应力水平的提高而加快。本文研究为预测三维四向编织复合材料的疲劳寿命提供了一种途径。     

开孔变刚度层合板压缩屈曲性能研究

针对开孔变刚度层合板,建立3种尺寸的层合板有限元模型,采用了线性屈曲、引入残余热应力的线性屈曲和引入初始缺陷的非线性屈曲的3种分析方法,研究了开孔层合板在压缩条件下的屈曲行为,并通过自动铺丝制造层合板进行试验对比,对3种方法的合理性进行了分析。结果表明,引入残余热应力的线性屈曲分析方法与试验结果最吻合,两者仅相差0.63%。基于该方法,讨论开孔层合板残余热应力分布特点和应力水平,得出了开孔层合板的应力分布云图和应力分布规律,计算出残余热应力对开孔复合材料层合的屈曲影响。结果表明,残余热应力对传统直线开孔层合板的屈曲载荷影响很小,仅提高了3.57%,但大大提高了变刚度开孔层合板的屈曲载荷,最多可达23.40%。说明纤维曲线铺放可以改变内部残余热应力的分布,提高整个开孔层合板承载压缩载荷的能力。     

稠密颗粒增强复合材料应变分布规律和刚度张量

针对高体积份数、随机分布、等轴状颗粒增强复合材料 ,研究了材料的应变分布规律 ,给出了基体和增强体应变平均值与材料微观结构参数之间的定量关系。结果表明 ,除应变平均值外 ,应变涨落是影响刚度张量的另一个重要因素 ,研究了应变涨落与材料微观结构参数之间的关系 ,并推导出了复合材料的刚度张量。与实验结果和以往的理论比较 ,预测结果与实验结果吻合良好     

弹性环式挤压油膜阻尼器油膜力特性研究

计算分析了弹性环式挤压油膜阻尼器（Elastic Ring Squeeze Film Damper缩写为ERSFD）的油膜力特性,从求解ERSFD油膜力控制方程出发,计算分析了油膜刚度和油膜阻尼特性,并与SFD的油膜刚度和油膜阻尼特性进行了分析比较,结果表明ERSFD油膜力特性与SFD相比得到了较好改善,还从理论上计算分析了影响ERSFD油膜力特性的主要因素。     

用胞映射法分析双线性结构刚度的机翼颤振

将映射轨迹追踪技术引入基于空间Poincar啨截面的胞映射方法中 ,并定义初值分析空间 ,以适应分析高维动力系统运动类型初值域的需要。改进后胞空间中胞的数目大大减少 ,计算时间缩短 ,运动特征的确认更为准确。应用该方法研究扭转方向具有双线性结构刚度因素的机翼颤振问题 ,结果显示 ,初始条件对系统动力学行为有着很大的影响。当两段刚度之比小于某临界值时 ,随着机翼颤振速度增大 ,不同的初始条件会导致平衡点、极限环振动、复杂的周期运动、混沌和发散运动等不同的运动形式     

支承方案对航空发动机振动特性影响分析

从降低发动机振动的角度上提出了选择支承方案的原则。以某型机具有一对中央弧齿锥齿轮啮合的转子-机匣发动机系统为对象,研究了支承方案对发动机振动特性的影响。分别采用轴质量离散弯扭耦合传递矩阵法和轴质量均布的纯弯曲传递矩阵法,比较该机主轴采用二支承方案及三支承方案时系统的临界转速、不平衡响应和初始弯曲响应等振动特性,得出了该机采用三支承方案优于二支承方案的结论。