航空薄壁件鉚接變形分析及預(yù)測(cè)研究

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1、學(xué)?；a１０６９９分類(lèi)號(hào)Ｖ２拍．４￣密級(jí)公開(kāi)學(xué)號(hào)２００７１００１９６ＶｄｉＫＮＯＲＴＨＷＥＳＴＥＲＮＰＯＬＹＴＥＣＨＮＩＣＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ博±學(xué)位論文題目航空薄壁件鄉(xiāng)接變繁分析及預(yù)測(cè)研究王程學(xué)科、專業(yè)航空宇航制造：’＃導(dǎo)教師吳建軍－｜霄申請(qǐng)學(xué)位日期２０１５年１２月西北工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文（學(xué)位研究生）題目：航空薄壁件鉚接變形分析及預(yù)測(cè)研究作者：殷俊清學(xué)科專業(yè)：航空宇航制造工程指導(dǎo)教師：吳建軍2015年12月Title：S

2、tudyonRivetingDeformationanditsPredictionofAeronauticalThin-walledComponentsByYINJun-qingUndertheSupervisionofProfessorWUJian-junADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofPhilosop

3、hyInAeronauticalandAstronauticalManufacturingEngineeringXi’anP.R.ChinaDecember2015摘要摘要鉚接是飛機(jī)裝配中主要的連接形式之一。航空薄壁件單點(diǎn)鉚接會(huì)產(chǎn)生局部微小變形，并在批量鉚接過(guò)程中積累疊加，從而導(dǎo)致裝配體整體產(chǎn)生扭曲和翹曲變形，影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的裝配準(zhǔn)確度以及疲勞壽命。新型超音速隱身飛機(jī)對(duì)結(jié)構(gòu)的裝配準(zhǔn)確度、外形準(zhǔn)確度和疲勞壽命要求進(jìn)一步提高，必須嚴(yán)格控制鉚接產(chǎn)生的變形。導(dǎo)致鉚接變形的因素眾多并相互交織，且各種因素對(duì)鉚接變形

4、的影響規(guī)律及其相互耦合關(guān)系極為復(fù)雜，局部單釘鉚接引起的微小變形在批量鉚接時(shí)的累加規(guī)律仍有待深入研究。因此，研究航空薄壁件鉚接變形的預(yù)測(cè)理論、探索變形控制方法對(duì)于提高飛機(jī)裝配技術(shù)水平具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文以“局部-整體”的研究思路，采用理論分析、數(shù)值計(jì)算、實(shí)驗(yàn)研究和智能優(yōu)化等多種研究方法，從鉚接變形行為的機(jī)理入手，對(duì)航空薄壁件的鉚接變形機(jī)理和多鉚釘結(jié)構(gòu)變形累積規(guī)律進(jìn)行深入研究，力圖通過(guò)鉚接工藝參數(shù)的控制達(dá)到對(duì)鉚接變形的控制目的。論文的主要工作與創(chuàng)新如下：1、提出了基于接觸關(guān)系的兩階段單釘鉚

5、接分析方法，建立了壓鉚力及干涉量與鐓頭幾何尺寸關(guān)系解析模型、母材徑向擴(kuò)展量與壓鉚力及干涉量關(guān)系解析模型。以鉚接過(guò)程中鉚釘與母材的接觸關(guān)系為判斷依據(jù)，提出了單釘鉚接過(guò)程的兩階段力學(xué)分析方法。以翁克索夫表面摩擦力分布理論為基礎(chǔ)，充分考慮鐓頭變形的非均勻性，建立了鐓頭幾何尺寸與壓鉚力關(guān)系解析模型。發(fā)現(xiàn)了鉚接時(shí)鐓頭下方存在下壓傾角，以體積不變?cè)瓌t建立了干涉量與鐓頭幾何尺寸關(guān)系解析模型。忽略厚度方向應(yīng)力對(duì)徑向擴(kuò)展的影響，以均勻干涉量為前提，利用厚壁筒受壓理論，建立了薄壁件徑向擴(kuò)展變形與徑向壓應(yīng)力關(guān)系解析模型。2、

6、提出了基于思維進(jìn)化算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的單釘鉚接變形預(yù)測(cè)方法，建立了考慮回彈的基于半波壓鉚力加載的鉚接變形數(shù)值計(jì)算模型。以靜、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能試驗(yàn)及摩擦系數(shù)測(cè)定試驗(yàn)，建立了母材7075-T651和鉚釘2A10-T4兩種材料的Johnson-Cook本構(gòu)模型，確定了兩種材料間、鉚釘與T8A鉚模材料間的動(dòng)摩擦系數(shù)。通過(guò)工程常用鉚接參數(shù)設(shè)定，并考慮鉚接回彈對(duì)變形的影響，建立了基于半波壓鉚力加載的鉚接變形數(shù)值計(jì)算模型，獲取了薄壁件變形的彈塑性邊界范圍以及應(yīng)力、應(yīng)變、位移的變化規(guī)律，結(jié)果表明薄壁件厚度方向變形量較徑向

7、擴(kuò)展量大一個(gè)數(shù)量級(jí)，驗(yàn)證了鐓頭下壓傾角的存在。選取鉚接工藝人員可控制的壓鉚力、鉚釘長(zhǎng)度、釘/孔間隙三個(gè)工藝參數(shù)作為輸入量，以干涉量、薄壁件隨徑向位置的厚度方向變形量為輸出量，提出了基于思維進(jìn)化算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的單釘鉚接變形預(yù)測(cè)方法。3、研究了單釘單因素鉚接工藝參數(shù)對(duì)薄壁件厚度方向變形的影響規(guī)律，根據(jù)單因素分析獲得的最優(yōu)取值，以鉚釘間距、鉚接順序?yàn)樽兞?，建立了雙釘、三釘、四釘和十釘鉚接結(jié)構(gòu)的鉚接變形數(shù)值計(jì)算模型。通過(guò)對(duì)鉚接過(guò)程涉及的參數(shù)進(jìn)行分類(lèi)，確定影響I西北工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文鉚接變形的關(guān)鍵工藝參數(shù)

8、為壓鉚力、釘桿長(zhǎng)度、釘/孔間隙等。結(jié)果表明：?jiǎn)吾攩我蛩厍闆r下，鉚接工藝參數(shù)對(duì)薄壁件變形的影響存在最優(yōu)取值；多釘鉚接時(shí)，以薄壁件變形最小為目標(biāo)，獲得了鉚釘間距與鉚釘直徑的最優(yōu)比值。4、提出了粒子群/支持向量回歸機(jī)的多釘鉚接變形預(yù)測(cè)及優(yōu)化方法。以鉚接順序?yàn)檩斎肓?，薄壁件厚度方向最大變形為輸出量，提出了粒子群?yōu)化支持向量回歸機(jī)的多釘鉚接薄壁件變形預(yù)測(cè)方法。根據(jù)鉚接工藝參數(shù)對(duì)薄壁件厚度方向變形的影響規(guī)律，建立了十釘雙排結(jié)構(gòu)的鉚接變形預(yù)測(cè)模型。在預(yù)測(cè)