面向工艺优化的复合材料装配仿真与应用研究

• 作 者: 赵琪
• 出 处: 上海交通大学
• 发表日期: 2020年02期
• 关键词: 复合材料装配 制孔偏差 厚度偏差 工艺优化

近年来,复合材料越来越多地被用于制造飞机结构件。相比金属结构件,复合材料的制造和装配要求更高,在影响其装配精度的诸多因素中,连接孔的垂直度偏差和结构件的厚度偏差尤为关键。在飞机研制阶段和批量生产的初期阶段,为降低成本,往往采用手工作业进行飞机装配,但也极度依赖装配人员的素质和能力。如何优化复合材料连接孔制孔工艺,消除结构件的厚度偏差影响,并应用于装配人员的技能培训和提升,是飞机研制和小批量生产期间急需解决的难题。针对上述问题,本文从复合材料装配连接的机理出发,围绕复合材料制孔垂直度偏差、结构件厚度偏差对连接性能的影响,以及复合材料装配连接的工艺优化等方面展开了研究。主要内容如下:(1)复合材料装配连接的仿真建模与试验验证。基于ASTM标准建立了复合材料装配连接的基本仿真模型,使用ABAQUS有限元分析软件完成了损伤模拟、计算和失效分析,通过标准试件的拉伸实验验证了仿真模型的正确性。(2)复合材料沉头孔制孔垂直度偏差的仿真建模与试验验证。通过仿真建模研究和试验验证分析了沉头孔制孔轴线角度偏差的影响,确定了合理的垂直度偏角和投影偏角参数。(3)复合材料厚度偏差对装配连接影响的建模分析。通过数据统计分析得出了复合材料厚度偏差的分布规律,使用VisVSA软件对飞机翼盒装配的厚度偏差分布与控制、装配次序影响进行了探究,研究了复合材料厚度偏差降低的可行性。最后,文中对国产民用飞机复合材料装配连接的相关工艺进行了梳理和优化,提出了复合材料结构件厚度偏差处理方法、沉头孔制孔工艺流程和高锁螺栓连接工艺流程,为飞机研制和批量生产初期阶段的手工装配作业标准提供了参考。