装配变形模拟预测与双重抑制方法及其应用研究

Assembly deformation and assembly stress are key influencing factors of assembly performance of complex product. Assembly deformation and assembly stress, which are caused by unreasonable design of assembly accuracy and manufacturing imprecision of parts, can be found and restrained through assembly process simulation of digital mock-up of complex product. The simulation, prediction and supression method of assembly deformation is proposed. The influence of shape deviation of parts on assembly performance of complex product is reflected according to realistic shape modeling. The assembly deformation is simulated and forecasted accurately before actual assembly of complex product based on assembly contact inspection and assembly location solution of irregular contact cluster, assembly deformation simulation based on finite element method enhanced Laplacian, and interaction of realistic assembly force. The bidirectional supression of assembly deformation with preventability and adaptability is implemented through correlation analysis and uncertainty optimization of multi-parts and multi-parameters of precision design, and realistic simulation of shape repair of matching surfaces. A virtual assembly system which supports simulation, prediction and supression of assembly deformation will be developed and then verified in assembly of complex product. The results can provide theoretical and technical support for implementing low-stress assembly design of complex product.

装配变形与装配应力是影响复杂产品装配性能的关键因素之一。通过对产品装配过程仿真，可及早发现和抑制装配精度设计不合理或构件制造误差导致的装配变形与装配应力问题。本项目提出装配变形模拟预测与双重抑制方法研究，通过统计学习与测量数据虚实结合的构件形状建模，真实反映构件形状偏差对产品装配性能的影响；通过不规则接触簇的装配接触检测与装配定位求解、有限元增强拉普拉斯的装配变形模拟、真实感装配力计算，在产品实际装配之前准确模拟预测产品装配变形；通过多构件多精度设计参数关联匹配与不确定性优化、配合面形状真实感修配模拟，实现预防性与适应性结合的装配变形双重抑制。开发支持变形模拟、预测与抑制的虚拟装配系统，在复杂产品装配中实现应用验证，从而，为实现复杂产品低应力装配设计与工艺提供方法与技术支持。

围绕装配变形模拟预测与抑制理论与方法开展了系统深入的研究，取得的理论和技术突破包括：. 1）提出了统计学习与测量数据虚实结合的零件真实形状建模方法，构建了测量数据驱动的零件形状误差模型，实现了产品装配中零件配合面形状的精确表示。. 2）提出了基于刚柔混合分治的装配变形模拟预测方法，提出基于刚柔混合向量环的复杂产品装配几何变动分析方法，通过子结构自由度凝聚模拟了复杂产品的装配变形，实现了刚柔耦合模型的多层结构装配变形解耦分析。. 3）提出了基于多参数形性关联的装配性能预测及变形预防性抑制方法，设计了基于多元核密度估计的装配性能敏感参数提取与识别算法，获取了小数据集条件下装配精度与装配性能的关联，实现了公差分组与个性化选配相结合的装配变形预防性抑制。. 4）提出了基于接触区域变形一致性的装配变形适应性抑制方法，通过了螺栓拧紧装配下的片式阀类产品密封结构变形协调，实现了保证接触区域变形均匀的多螺栓拧紧工艺优化。. 5）开发了支持装配变形预测与抑制的虚拟装配系统，应用于卫星桁架、导引头位标器、高性能电梯、工业汽轮机等复杂产品的装配模拟、装配变形预测与抑制，为实现复杂装备低应力装配设计与工艺提供方法与技术支持。. 在国内外学术期刊上录用发表了SCI/EI论文21篇（其中，SCI论文19篇），出版了专著1部，申请国家发明专利4项，取得了软件著作权5项，获得了浙江省科技进步一等奖1项、中国机械工业科学技术奖特等奖1项；应邀作国际学术会议特邀报告1次，培养了博士研究生3名、硕士研究生6名。