飛行器制造工藝(模板)

1、虛擬樣機(jī)技術(shù)虛擬樣機(jī)技術(shù)概述虛擬樣機(jī)技術(shù)的工程應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)理論基礎(chǔ)虛擬樣機(jī)技術(shù)仿真分析舉例虛擬樣機(jī)技術(shù)未來發(fā)展方向虛擬樣機(jī)技術(shù)概述問題提出：在航空、航天、汽車等領(lǐng)域大型復(fù)雜產(chǎn)品的研制過程中，常使用各種實(shí)物模型來解決設(shè)計(jì)和制造中的各種問題。物理樣機(jī)和實(shí)際的產(chǎn)品尺寸成某種比例的產(chǎn)品模型，是看的見、摸得著并能夠進(jìn)行性能和功能驗(yàn)證的產(chǎn)品模型。例如：在飛機(jī)設(shè)計(jì)初期，為了驗(yàn)證飛機(jī)的空氣動力學(xué)性能，需要制作飛機(jī)的風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ?；衛(wèi)星研制的三階段：模樣、初樣和正樣。這種用物質(zhì)材料制作的產(chǎn)品模型稱為物理模型（或物理樣機(jī)，實(shí)物樣機(jī)），通常需要花費(fèi)較大的制作成本和較長的制作時(shí)間。虛擬樣機(jī)技術(shù)概述虛擬樣機(jī)技術(shù)的定義

2、 虛擬樣機(jī)技術(shù)是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)過程中，把虛擬產(chǎn)品建模技術(shù)（CAD）與分析技術(shù)（CAE）相結(jié)合，針對產(chǎn)品在投入使用后的各種工況進(jìn)行動態(tài)仿真分析，預(yù)測產(chǎn)品整體性能，從而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品性能 。 虛擬樣機(jī)是實(shí)際產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)上的表示，又稱為數(shù)字化樣機(jī)。虛擬樣機(jī)技術(shù)本質(zhì)上是一種模擬仿真技術(shù)，涉及多體系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)，動力學(xué)建模理論及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)，是基于先進(jìn)的建模技術(shù)，多領(lǐng)域仿真技術(shù)，信息管理技術(shù)，交互式用戶界面技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等的綜合應(yīng)用技術(shù)。 虛擬樣機(jī)技術(shù)概述 虛擬樣機(jī)技術(shù)特點(diǎn)u 全新的研發(fā)模式 虛擬樣機(jī)技術(shù)基于并行工程，使產(chǎn)品在概念設(shè)計(jì)階段就可以快速分析多種設(shè)計(jì)方案，并預(yù)測產(chǎn)品在真實(shí)工況下的特征及

3、其所有響應(yīng)，直至獲得最優(yōu)工作性能。u 進(jìn)行系統(tǒng)層面的分析 它主要是從系統(tǒng)層面進(jìn)行仿真優(yōu)化工作，并把有限元等零部件分析技術(shù)納入其中 ，因此，虛擬樣機(jī)技術(shù)對設(shè)計(jì)方法和過程的影響比有限元分析技術(shù)要更大。u 減少甚至取消了物理樣機(jī)研制次數(shù) 虛擬樣機(jī)技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)來完成無數(shù)次虛擬實(shí)驗(yàn)和性能的優(yōu)化分析，從而減少甚至無需制造物理樣機(jī)即可獲得最優(yōu)方案。u 實(shí)現(xiàn)動態(tài)聯(lián)盟的重要手段 虛擬樣機(jī)是一種數(shù)字化產(chǎn)品，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸產(chǎn)品信息，具有傳遞快速，反饋及時(shí)的特點(diǎn)，從而使動態(tài)聯(lián)盟的活動具有高度的并行性。 虛擬樣機(jī)技術(shù)概述 虛擬樣機(jī)及其相關(guān)技術(shù) 虛擬樣機(jī)技術(shù)的工程應(yīng)用 近年來，虛擬樣機(jī)這門新興技術(shù)的研究與應(yīng)用已經(jīng)獲得了

4、重大的進(jìn)展，已經(jīng)具備處理日益復(fù)雜的工程問題的能力，被廣泛應(yīng)用于航空航天，機(jī)械工程，汽車制造，國防工業(yè)及通用機(jī)械制造業(yè)等不同的領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵就是如何開發(fā)出可信度高的虛擬樣機(jī)，如何等效簡化實(shí)際工況進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)并在設(shè)計(jì)階段就能完全預(yù)測評價(jià)產(chǎn)品的各項(xiàng)性能。隨著研究工作的不斷深入和相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，虛擬樣機(jī)技術(shù)將得到進(jìn)一步的應(yīng)用和發(fā)展。 保定電力 武漢鋼鐵 虛擬樣機(jī)技術(shù)的工程應(yīng)用變電站虛擬操作系統(tǒng)虛擬樣機(jī)技術(shù)理論基礎(chǔ) 虛擬樣機(jī)技術(shù)的核心理論是多提系統(tǒng)動力學(xué)。目前，多體系統(tǒng)動力學(xué)分析已經(jīng)形成了比較系統(tǒng)的研究方法，其中主要以工程中常用的拉格朗日方程為代表的分析力學(xué)方法，以牛頓-歐拉方程為代表的

5、矢量力學(xué)方法，圖論方法，凱恩方法和變分法等。目前，相關(guān)技術(shù)大都有相對應(yīng)的軟件開發(fā)出來，如基于牛頓-歐拉法的NEWEUL軟件，基于圖論法的MESAVERDE軟件，基于拉格朗日法的ADAMS和DADS軟件等。 在應(yīng)用多體系統(tǒng)動力學(xué)的研究方法解決實(shí)際問題時(shí)，一般要經(jīng)過以下幾個(gè)步驟： 1）實(shí)際系統(tǒng)的多體模型簡化； 2）自動生成動力學(xué)方程； 3）準(zhǔn)確的求解動力學(xué)方程。虛擬樣機(jī)技術(shù)仿真分析舉例行星擺線針輪減速機(jī)構(gòu) 幾何建模 行星擺線針輪減速器的三維幾何建模采用UGII實(shí)現(xiàn)，如下圖所示，圖中僅包含了仿真分析時(shí)需要涉及到的核心部件，不影響仿真分析的零部件未畫出。虛擬樣機(jī)技術(shù)仿真分析舉例 物理約束機(jī)制的實(shí)現(xiàn) 由

6、擺線輪行星傳動的嚙合原理可知，針輪與擺線輪是多齒輪嚙合傳動。在實(shí)際的嚙合傳動中，擺線輪與各針輪之間，以及W機(jī)構(gòu)中柱銷套之間的載荷分布很復(fù)雜。現(xiàn)在做如下假設(shè);制造誤差忽略不計(jì)，各部件均視為剛體，不考慮擺線輪，針齒輪和轉(zhuǎn)臂的變形。在進(jìn)行仿真分析時(shí)，一個(gè)完整的虛擬樣機(jī)一般由構(gòu)件，力，約束和運(yùn)動激勵(lì)等基本元件構(gòu)成。系統(tǒng)中約束的添加 1）兩個(gè)偏心套之間以及偏心套與輸入軸之間分別固接在一起。 2）偏心套與擺線輪通過滾動軸承連接，為研究方便，軸承略去，偏心套與擺線輪之間施加旋轉(zhuǎn)副，則運(yùn)動關(guān)系不變；針齒套與針齒殼，銷套與輸出軸之間以及輸出軸，偏心套也采用旋轉(zhuǎn)副連接。 3）偏心套與擺線輪，針齒殼組成一行星輪傳動

7、機(jī)構(gòu)，采用齒輪副實(shí)現(xiàn)他們之間的運(yùn)動關(guān)系。 4）在輸入軸施加一個(gè)運(yùn)動激勵(lì)。虛擬樣機(jī)技術(shù)仿真分析舉例下圖為施加約束后的虛擬樣機(jī)模型圖虛擬樣機(jī)技術(shù)仿真分析舉例 樣機(jī)動態(tài)干涉分析 擺線輪輪廓面與針齒輪之間的動態(tài)嚙合間隙是減速機(jī)的重要參數(shù)之一，該值既不能為負(fù)，也不能大于必要的公帶差。因此需要對動態(tài)情況下的嚙合間隙進(jìn)行干涉檢查校核。采用的方法是在兩個(gè)擺線輪上分別取一點(diǎn)，測量該點(diǎn)到任何一個(gè)針齒的距離。如果測量距離小于針齒半徑，說明存在干涉，樣機(jī)不可靠，仿真過程必須終止。 虛擬樣機(jī)動力學(xué)仿真結(jié)果分析 以某廠的行星擺線輪減速機(jī)構(gòu)為例，在額定工況（擺線輪齒數(shù)zg=11,傳動比i=11，輸入轉(zhuǎn)速為1500r/min

8、，輸出軸負(fù)載轉(zhuǎn)矩為Tv=1.17MN.m）下進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)仿真分析。 （1）部分關(guān)鍵零部件的受力分析情況 如下圖所示虛擬樣機(jī)技術(shù)仿真分析舉例運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)分析虛擬樣機(jī)技術(shù)仿真分析舉例運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)分析虛擬樣機(jī)技術(shù)未來發(fā)展方向虛擬樣機(jī)技術(shù)的目標(biāo)是替代物理樣機(jī)。它可以大大改善當(dāng)前產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)程，制造商將虛擬樣機(jī)技術(shù)引入各自的產(chǎn)品開發(fā)中,取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益;科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)也紛紛開展虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用研究。但是虛擬樣機(jī)技術(shù)仍需在以下幾個(gè)方面不斷完善。（1）集設(shè)計(jì) 、分析和仿真工具于一體。 現(xiàn)在還沒有一種完美的方法來完成各種工具中數(shù)據(jù)的交換 ,主要 研究方向可能是產(chǎn)品數(shù)據(jù)的展示及數(shù)據(jù)庫。需要一種新

9、的方法來完成各方面的整合 ,使操作變得更加便利 。（2）虛擬樣機(jī)技術(shù)對產(chǎn)品可制造性分析和產(chǎn)品性能評價(jià) 因?yàn)楫a(chǎn)品的可制造性包括可裝配性 、可維護(hù)性 、可加工性分析 ,這些不是很容易界定 , 如何去測試這些方面 , 仍然是一個(gè)需要解決的問題 。虛擬樣機(jī)技術(shù)的使用提 供了一個(gè)有希望的途徑 。例如 ,一個(gè)產(chǎn)品的可維護(hù)性可以通過一個(gè)一體化維護(hù)技師在虛擬的環(huán)境中來完 成維護(hù)任務(wù)而被量化 。然后 , 將不同設(shè)計(jì)方案的可維護(hù)性進(jìn)行比較 ,得出結(jié)果。 虛擬樣機(jī)技術(shù)未來發(fā)展方向(3 ) 虛擬樣機(jī)系統(tǒng)的容錯(cuò)性。 當(dāng)前的虛擬樣機(jī)技術(shù)的方法和工具與物理樣機(jī)間存在誤差,這種誤差可能由于計(jì)算時(shí)間的延遲、 圖像處理時(shí)間的延遲

10、以及用戶在虛擬環(huán)境中操作的不確定性,產(chǎn)品數(shù)據(jù)也會在各種平臺的交換中損壞。 因此需要一個(gè)容錯(cuò)虛擬儀器系統(tǒng),以確保虛擬儀器給出可靠的工程 測 試 數(shù) 據(jù) 。 試 數(shù) 據(jù) 。(4) 以虛擬樣機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 如果產(chǎn)品各個(gè)屬性都可以通過虛擬樣機(jī)被充分地描繪出來,可以獲得一個(gè)量化的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。 然而以虛擬樣機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì)展示了對傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的一個(gè)新的挑戰(zhàn)。首先,基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的優(yōu)化必須非常有效地來確定最合適的設(shè)計(jì),因?yàn)樵谀壳暗娇深A(yù)測的未來虛擬樣機(jī)技術(shù)是計(jì)算密集型技術(shù)。其次,優(yōu)化設(shè)計(jì)通常包括不同學(xué)科的多重設(shè)計(jì)目標(biāo),因此它可以明確的解決各學(xué)科的優(yōu)化問題。虛擬樣機(jī)技術(shù)未來發(fā)展方向最后,基于虛擬樣機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)不得不考慮虛擬樣機(jī)可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤,獲得的優(yōu)化必須足以應(yīng)對固有的模型誤差和計(jì)算誤差