机械系统几何公差分析的多面体方法研究

摘要整理

机械系统的几何公差分析旨在通过模拟验证机械系统是否满足其预期功能要求。该验证需要考虑组成零件的几何规格以及零件间的接触规格。本研究采用变分方法（与巴黎笛卡尔大学MAP5实验室合作）进行几何公差分析模拟，该方法仅处理同一零件表面间以及潜在接触零件表面间的几何变化约束。这使得能够建模制造工艺、装配工艺以及机械系统行为（如热机械行为）固有的几何缺陷变异性。机械系统的合规性需满足多个功能要求，但在设计周期后期进行的公差分析可能发现不合规问题，而无法影响系统架构选择和零件形状尺寸，这往往导致产品开发周期和成本增加。为此，本研究建立了产品模型中的公差数据结构，以追踪几何规格在设计周期各阶段（多层级）和不同专业领域（多视图）的传递。功能要求的转移需通过产品细节的不同层级（层级间转移）以及制造、装配和计量等不同专业领域（视图间转移）进行。同时，结合Aerospace Valley地区复合材料产业发展机遇，本研究将公差分析方法扩展至树脂传递模塑（RTM）工艺。在涉及复杂物理现象的RTM工艺中，航空结构件的功能规格与制造规格（工装规格、注射压力和温度等）相关联。与传统刚性固体模型不同，本研究发展了考虑热机械变形的变分公差分析方法，并通过多层级和多视图的数据结构确保规格追踪的完整性，最终实现RTM工艺中功能规格与工艺规格的关联转移。

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