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机械产品装配偏差分析方法研究进展与展望

机械工程学报 2023年第9期59卷 212-229页

作者：余海东高畅赵勇袁可上海交通大学上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室上海200240

机械产品装配是制造过程的最终阶段,装配质量对机械产品的服役性能和可靠性有直接影响。建立合理的数学模型描述机械产品装配过程中的偏差传递、累积和淹没规律,对产品的容差设计与故障诊断,并进一步提高产品性能和服役周期具有重要意... 详细信息

机械产品装配是制造过程的最终阶段,装配质量对机械产品的服役性能和可靠性有直接影响。建立合理的数学模型描述机械产品装配过程中的偏差传递、累积和淹没规律,对产品的容差设计与故障诊断,并进一步提高产品性能和服役周期具有重要意义。归纳并总结了现有机械产品装配偏差分析的理论方法,从基于刚性假设的偏差分析与考虑柔性变形的偏差模型两个方面系统地论述了目前机械产品装配偏差传递分析的研究进展。刚性偏差分析围绕尺寸链模型与确定性定位模型展开,并对基于尺寸链理论的雅可比旋量方法做了详细介绍与具体的应用分析。对于主流的柔性装配偏差传递建模方法,详细论述了影响系数法与装配偏差场传递模型的理论建模过程与及其应用范围,并从大型结构装配的现场应用出发,对装配偏差场传递模型进行了具体的案例分析。针对目前航空航天等领域机械产品大尺寸、高承载的发展趋势,提出了对于局部刚性整体柔性的大型结构装配偏差预测的难点以及研究展望。

关键词：装配偏差分析装配尺寸链影响系数法偏差场

载运工具高性能薄壁承载结构成形及连接工艺研究进展

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机械工程学报 2023年第20期59卷 1-17页

作者：林忠钦马运五夏裕俊李永丰李淑慧李永兵上海交通大学上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室上海200240

飞机、运载火箭、高速列车、汽车等载运工具的承载结构普遍采用轻质高强薄壁结构,成形工艺需要满足最终构件的高强度、形状尺寸精度以及低成本短流程等要求;同时,运载工具薄壁承载结构越来越多地采用多材料、多结构混用以提升轻量化效... 详细信息

飞机、运载火箭、高速列车、汽车等载运工具的承载结构普遍采用轻质高强薄壁结构,成形工艺需要满足最终构件的高强度、形状尺寸精度以及低成本短流程等要求;同时,运载工具薄壁承载结构越来越多地采用多材料、多结构混用以提升轻量化效果和设计灵活性,这对焊接与连接工艺带来巨大挑战。针对轻质高强板材热冲压技术以及薄壁构件铆接和电阻点焊技术的研究进展进行综述,系统分析新材料、新结构对成形和连接工艺带来的技术变革,并指出其面临的技术挑战和未来的发展方向,旨在对轻质高强薄壁构件的制造提供指导和借鉴。

关键词：轻质高强材料薄壁构件热冲压电阻点焊铆接

基于高阶复合曲面单元的非均匀大薄板装配偏差计算模型

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上海交通大学学报 2022年第5期56卷 584-593页

作者：林张鹏余海东袁可上海交通大学上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室上海200240

结构的刚度非均匀分布易导致非规则大型薄壁在加工和装配过程中产生翘曲大变形,其结构建模和变形精确计算是装配偏差预测及控制的关键.基于绝对节点坐标法,引入高阶斜率坐标并改进单元插值函数,考虑单元接触界面间连续性,构建一种非规... 详细信息

结构的刚度非均匀分布易导致非规则大型薄壁在加工和装配过程中产生翘曲大变形,其结构建模和变形精确计算是装配偏差预测及控制的关键.基于绝对节点坐标法,引入高阶斜率坐标并改进单元插值函数,考虑单元接触界面间连续性,构建一种非规则高阶曲面复合单元模型;采用该非规则高阶曲面单元建立复合单元组合离散非规则曲面结构,解决不同厚度单元间节点连接和变形耦合问题,并有效地描述非规则大型薄壁结构的大变形,基于连续介质力学建立非规则大型薄壁结构装配协调变形计算模型.对重型火箭贮箱箱底边缘区域加厚的超大型非规则薄壁结构进行装配过程变形计算,研究加厚区域尺寸与瓜瓣装配偏差以及结构刚度之间的关联关系,为未来重型火箭箱底超大非规则曲面结构设计提供指导.

关键词：非规则薄壁结构绝对节点坐标法复合单元装配偏差协调变形

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交叉内筋薄壁筒体错距旋压成形数值仿真

上海交通大学学报 2022年第1期56卷 62-69页

作者：周宇赵勇于忠奇赵亦希上海交通大学上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室上海200240

流动旋压是成形薄壁筒体的优势技术,但对于带筋筒体,其所能成形的内筋高度受限.针对该类构件旋压成形内筋填充困难的问题,基于有限元软件Abaqus建立了交叉内筋薄壁筒体错距旋压成形的数值仿真模型,分析了旋轮数量对铝合金2219-O带筋筒... 详细信息

流动旋压是成形薄壁筒体的优势技术,但对于带筋筒体,其所能成形的内筋高度受限.针对该类构件旋压成形内筋填充困难的问题,基于有限元软件Abaqus建立了交叉内筋薄壁筒体错距旋压成形的数值仿真模型,分析了旋轮数量对铝合金2219-O带筋筒体内筋填充的影响规律,进行了正交内筋薄壁筒体的工艺试验.结果表明:在错距旋压工艺中,增加旋轮数量会减小铝合金带筋筒体的内径扩径量,并抑制材料的轴向流动,使内筋的几何精度更高.仿真与试验结果相比,其内筋填充饱满度的平均误差为11.3%,所建立的错距旋压仿真模型具有良好的可靠性.

关键词：错距旋压铝合金带筋筒体几何精度数值仿真

基于电极位移的点焊飞溅量化评价与自适应控制研究

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中国机械工程 2022年第9期33卷 1025-1033页

作者：李欢吕天乐夏裕俊李永兵上海交通大学上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室上海200240

飞溅是电阻点焊过程中一种常见的缺陷,严重的飞溅会显著影响焊接质量。针对典型的异常工况,通过飞溅金属量化分析与飞溅骤停实验,发现电极位移信号突变量与飞溅金属总质量之间线性相关,且电极位移信号突变量与飞溅前后熔核厚度减少量基... 详细信息

飞溅是电阻点焊过程中一种常见的缺陷,严重的飞溅会显著影响焊接质量。针对典型的异常工况,通过飞溅金属量化分析与飞溅骤停实验,发现电极位移信号突变量与飞溅金属总质量之间线性相关,且电极位移信号突变量与飞溅前后熔核厚度减少量基本一致,因此电极位移信号突变量可以表征飞溅程度。在此基础上,提出了基于量化统计的点焊飞溅自适应控制策略,制定了以飞溅程度和飞溅概率为输入,以调幅系数、调幅时刻、调幅时长等电流调幅参数为输出的模糊控制策略,同时根据恒能量与恒功率补时策略确定了补时时长、补时电流等补时参数。使用两种强度的板材验证了该策略的效果。实验结果表明,与恒流焊接模式相比,该方法能有效抑制飞溅,减小压痕深度,增大熔核直径,与传统短时电流调幅策略相比,该方法减少了调幅次数和补时时间,有效提高了焊接效率。

关键词：电阻点焊位移信号异常工况自适应控制

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外筋筒壳旋挤成形方法及扩径现象

塑性工程学报 2023年第8期30卷 83-91页

作者：王康培赵亦希陈星翰于忠奇上海交通大学上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室上海200240

针对外筋筒壳加工成形,提出了一种径向挤压、周向展成的局部连续体积成形旋挤方法,基于DEFORM-3D有限元软件建立了外纵、横筋薄壁筒壳旋挤成形仿真模型,分析了外纵、横筋的应力-应变分布规律,验证了旋挤成形外筋筒壳的可行性,并针对筒... 详细信息

针对外筋筒壳加工成形,提出了一种径向挤压、周向展成的局部连续体积成形旋挤方法,基于DEFORM-3D有限元软件建立了外纵、横筋薄壁筒壳旋挤成形仿真模型,分析了外纵、横筋的应力-应变分布规律,验证了旋挤成形外筋筒壳的可行性,并针对筒壳易产生的扩径现象进行了工艺改进。结果表明,使用该方法可以实现外纵、横筋筒壳的成形加工,外纵筋的填充比外横筋相对更充分;局部集中的周向拉应力使内壁有不均匀扩径的趋势,通过限制法兰区域的周向流动可遏制扩径现象。该方法具有成形载荷低、材料利用率高的特点,有望成为带筋筒壳加工的新途径。

关键词：纵横外筋筒壳旋挤成形扩径度数值模拟

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声塑性机制及其在塑性加工中的应用

塑性工程学报 2023年第8期30卷 8-34页

作者：李双利赵亦希于忠奇上海交通大学上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室上海200240

超声振动作为一种能量输入被广泛应用于各类塑性成形工艺中,目前研究普遍认为,超声振动叠加在金属塑性变形上可显著降低成形载荷,称之为声塑性,主要作用机制包括体积效应和表面效应。分别对目前已有的考虑体积效应和表面效应的理论模型... 详细信息

超声振动作为一种能量输入被广泛应用于各类塑性成形工艺中,目前研究普遍认为,超声振动叠加在金属塑性变形上可显著降低成形载荷,称之为声塑性,主要作用机制包括体积效应和表面效应。分别对目前已有的考虑体积效应和表面效应的理论模型的研究进展进行了综述,在此基础上,从超声辅助工艺原理、利用声塑性机制的侧重点以及超声辅助塑性成形装置的改进3个方面介绍了搅拌摩擦焊、滚压、旋压以及微成形等领域采用超声振动辅助塑性成形工艺的发展现状,并提出了未来主要的研究思路。

关键词：声塑性机制理论模型体积效应表面效应超声振动辅助塑性成形

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铝合金球面件带芯模缩径旋压成形数值仿真

塑性工程学报 2022年第7期29卷 51-57页

作者：郁立于忠奇甘甜赵亦希上海交通大学上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室上海200240

基于ABAQUS软件建立了带芯模缩径旋压有限元模型,完成了采用铝合金筒坯通过缩颈旋压成形薄壁球面件的过程仿真,分析了带芯模缩径旋压球面件的壁厚和贴模度,并将仿真结果与试验值进行了对比。结果表明,基于壳单元的球面件缩径旋压仿真模... 详细信息

基于ABAQUS软件建立了带芯模缩径旋压有限元模型,完成了采用铝合金筒坯通过缩颈旋压成形薄壁球面件的过程仿真,分析了带芯模缩径旋压球面件的壁厚和贴模度,并将仿真结果与试验值进行了对比。结果表明,基于壳单元的球面件缩径旋压仿真模型具有较好的可靠性。多道次缩径旋压仿真结果表明,相对于无芯模旋压成形,带芯模缩颈旋压的铝合金球面件减薄率更大,且随着道次数的增加,铝合金球面道次减薄率逐渐下降;同时,带芯模缩径旋压件的贴模度能得到保证,最后,通过多道次缩径旋压试验对模拟结果进行了验证。

关键词：缩径旋压球面件铝合金数值仿真成形精度

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气浮重力补偿装置变论域模糊控制策略设计

机械设计与研究 2023年第3期39卷 45-51,57页

作者：周鑫赵勇上海交通大学、上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室上海200240

针对太阳能帆板地面展开实验中对气浮重力补偿装置的控制问题,当帆板在大范围内做展开运动时,普通的模糊PID由于固定论域和部分模糊规则的不完善导致在实际控制中出现响应速度变慢,抗干扰性和自适应性变差的现象,结合变论域控制思想,提... 详细信息

针对太阳能帆板地面展开实验中对气浮重力补偿装置的控制问题,当帆板在大范围内做展开运动时,普通的模糊PID由于固定论域和部分模糊规则的不完善导致在实际控制中出现响应速度变慢,抗干扰性和自适应性变差的现象,结合变论域控制思想,提出一种适用于气浮重力补偿装置的变论域模糊PID控制策略。通过分析气浮重力补偿装置的气膜振动工况和地面干扰工况,建立了帆板展开过程的动力学方程,设计了一种变论域模糊PID控制器,在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型并搭建帆板展开气浮实验台进行实验验证,实验结果表明设计的控制策略能将支撑点位置误差控制在0.6%以内,相比较于普通模糊PID控制,误差率减小了50%,控制精度高,抗干扰性强,取得了较好的控制效果。

关键词：重力补偿模糊控制变论域位置误差