【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及柔性结构装配过程中偏差分析领域，尤其涉及一种超大结构刚度非均匀缩聚的装配偏差分析方法。
技术介绍
1、燃料贮箱作为运载火箭重要组成部分，在火箭发射过程中承受着巨大的静动载荷，贮箱超大结构的尺寸精度直接影响着产品的整体性能。重型运载火箭贮箱由超大含筋结构通过搅拌摩擦焊接而成，由于其尺寸大、壁板厚且存在局部非均匀，几何非线性的影响显著增强，结构呈现整体柔性局部刚性的特征。而超大含筋结构局部强刚度导致内应力难于释放，焊装偏差沿焊缝呈“网状”集中分布，其偏差特性与以往薄壁结构完全不同。由于焊装过程几何非线性和焊接变形的耦合，已经释放的内应力产生的偏差受结构局部刚度的影响更加复杂，装配尺寸和精度难以预测及控制。
2、传统的贮箱制造加工精度控制主要依靠反复调试来保证精度要求，缺乏系统的偏差分析与控制方法，导致产品研制周期长、一致性差。现阶段，针对航天大型结构的柔性偏差分析方法主要有基于影响系数法的“点”对“点”偏差分析以及基于零部件偏差分布特征描述的“场”对“场”偏差分析，均难以适用于局部强刚性的超大含筋结构“网状”装配偏差预测与分析。因此，需要发展针对超大结构刚度与偏差特性的新的偏差预测与分析方法，为超大结构装配偏差补偿与精度控制提供理论基础，实现重型火箭贮箱的高精度高效率装配。
技术实现思路
1、针对上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种超大结构刚度非均匀缩聚的装配偏差分析方法，以实现整体柔性局部刚性超大结构的装配偏差预测及分析，为超大结构装配偏差补偿与控制提供
2、为了实现上述目的，本专利技术提供一种超大结构刚度非均匀缩聚的装配偏差分析方法，包括步骤：
3、s1：将超大结构划分为塑性区域和超大含筋弹性区，所述塑性区域为所述超大结构的焊缝及其邻近区域，所述超大含筋弹性区远离所述焊缝；
4、s2：构建适用于超大结构装配偏差网状集中分布特性的超大结构刚度非均匀缩聚模型；
5、s3：对焊缝区域构建几何非线性下的刚度模型，并将所述刚度模型与超大含筋结构缩聚刚度矩阵结合，建立以所述焊缝区域及其界面描述的超大结构整体刚度模型；
6、s4：考虑焊装过程焊接变形影响，引入焊接应力场，根据所述塑性区域装配前后变形协调关系建立焊装偏差分析模型；求解超大结构焊装偏差，实现超大含筋结构装配偏差预测与分析。
7、优选地，所述s1步骤中：
8、依据搅拌摩擦焊接过程工艺参数，通过有限元分析初步预测所述超大结构焊装应力分布，所述焊缝处应力集中分布区域为所述塑性区域，远离所述焊缝区域为所述超大含筋弹性区。
9、优选地，所述超大结构刚度非均匀缩聚模型的构建包括步骤：
10、s21：对所述超大含筋区域基于连续介质力学理论推导一单元非线性刚度矩阵记为k(1)；
11、s22：对所述单元非线性刚度矩阵k(1)按界面自由度r与第一内部自由度s分块，即：
12、
13、其中，kss(1)表示第一内部自由度对应刚度矩阵，krr(1)表示界面自由度对应刚度矩阵，ksr(1)与krs(1)表示与第一内部自由度和界面自由度均相关的分块刚度矩阵；
14、s23:采用所述界面自由度r表征所述第一内部自由度s，对仅与所述第一内部自由度相关的刚度矩阵进行刚度缩聚，形成超大含筋结构缩聚刚度矩阵
15、
16、其中，krr(1)、krs(1)、kss(1)、ksr(1)均与弹性区域构型相关，参与装配过程迭代计算。
17、优选地，所述超大结构整体刚度模型的建立包括步骤：
18、s31：针对所述焊缝区域引入装配过程几何非线性变形特征，基于大变形理论建立与结构构型相关的焊缝区域刚度矩阵k(2)；
19、s32：将所述焊缝区域刚度矩阵k(2)按所述界面自由度r与第二内部自由度m分块；
20、s33：对所述焊缝区域刚度矩阵与所述超大含筋结构缩聚刚度矩阵进行组集，建立超大结构整体刚度矩阵k：
21、
22、其中，kmm(2)表示第二内部自由度对应刚度矩阵，krr(2)表示界面自由度对应刚度矩阵，kmr(2)与krm(2)表示与第二内部自由度和界面自由度均相关的分块刚度矩阵。
23、优选地，所述焊装偏差分析模型的建立包括步骤：
24、s41:针对所述超大结构长程搅拌摩擦焊接过程建立焊接应力场表征方法，为所述超大结构装配偏差分析提供焊接输入；
25、s42：基于所述焊缝区域装配前后的变形协调关系，构建装配过程非线性平衡方程，形成超大结构装配偏差分析模型；
26、s43：对所述装配过程非线性平衡方程进行迭代求解，获得超大结构整体装配偏差；
27、s44：将当前装配体作为新零件，与另一个具有装配关系的零件重新从s41执行，直至全部装配完成，进而获得超大结构装配完成后的装配体的贮箱整体装配偏差vas。
28、优选地，所述焊接应力场表征，通过建立焊缝局部小模型，对所述焊缝局部小模型进行热弹塑性分析，基于所述焊缝局部小模型到长程焊缝模型的焊接应力映射关系，实现长程焊接过程应力预测。
29、优选地，所述装配过程非线性平衡方程为：
30、
31、其中wk、ak和bk分别为缩聚与刚度叠加后的装配体与零件焊缝区域刚度矩阵，wv、av和bv分别为焊缝区域自由度对应偏差。
32、优选地，所述程非线性平衡方程进行迭代求解包括步骤：
33、s431:求解所述超大结构小变形下的刚度矩阵，叠加焊缝区域刚度矩阵wk(0)与含筋区域缩聚刚度矩阵与求解平衡方程，得到焊缝区域偏差第一次近似解wv(1)；
34、s432：以所述焊缝区域偏差第一次近似解wv(1)为界面位移边界条件，反解零件被缩聚区域偏差近似解a1v(1)和b1v(1)；
35、s433：依据所述零件被缩聚区域偏差近似解a1v(1)、b1v(1)，计算零件弹性区刚度矩阵a1k(1)、b1k(1)，基于此进行第二次缩聚过程，得到零件缩聚刚度矩阵和
36、s434：依据所述焊缝区域偏差第一次近似解wv(1)计算焊缝区域刚度矩阵，并将界面自由度对应刚度矩阵与两零件缩聚刚度矩阵进行叠加，得到焊缝区域第一次迭代整体刚度矩阵wk(1)；
37、s435：根据平衡方程计算偏差修正量δwv(1)＝-(wk(1))-1φ(wv(1))，其中φ(wv)＝wk(wv)·wv-(akav+bkbv)为迭代过程的不平衡力；基于此得到第二次偏差近似解wv(2)＝wv(1)+δwv(1)；
38、s436：计算所述不平衡力大小，若不满足误差许可范围，则重复步骤s432～s435，直到φ(wv)充分小。
39、优选地，所述贮箱整体装配偏差的表达式为：
40、asv＝[a1vt wvt b1vt]t...
【技术保护点】
1.一种超大结构刚度非均匀缩聚的装配偏差分析方法，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的超大结构刚度非均匀缩聚的装配偏差分析方法，其特征在于，所述S1步骤中：
3.根据权利要求2所述的超大结构刚度非均匀缩聚的装配偏差分析方法，其特征在于，所述超大结构刚度非均匀缩聚模型的构建包括步骤：
4.根据权利要求3所述的超大结构刚度非均匀缩聚的装配偏差分析方法，其特征在于，所述超大结构整体刚度模型的建立包括步骤：
5.根据权利要求4所述的超大结构刚度非均匀缩聚的装配偏差分析方法，其特征在于，所述焊装偏差分析模型的建立包括步骤：
6.根据权利要求5所述的超大结构刚度非均匀缩聚的装配偏差分析方法，其特征在于，所述焊接应力场表征，通过建立焊缝局部小模型，对所述焊缝局部小模型进行热弹塑性分析，基于所述焊缝局部小模型到长程焊缝模型的焊接应力映射关系，实现长程焊接过程应力预测。
7.根据权利要求5所述的超大结构刚度非均匀缩聚的装配偏差分析方法，其特征在于，所述装配过程非线性平衡方程为：
8.根据权利要求5所述的超大结构刚度
9.根据权利要求5所述的超大结构刚度非均匀缩聚的装配偏差分析方法，其特征在于，所述贮箱整体装配偏差的表达式为：
...【技术特征摘要】
1.一种超大结构刚度非均匀缩聚的装配偏差分析方法，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的超大结构刚度非均匀缩聚的装配偏差分析方法，其特征在于，所述s1步骤中：
3.根据权利要求2所述的超大结构刚度非均匀缩聚的装配偏差分析方法，其特征在于，所述超大结构刚度非均匀缩聚模型的构建包括步骤：
4.根据权利要求3所述的超大结构刚度非均匀缩聚的装配偏差分析方法，其特征在于，所述超大结构整体刚度模型的建立包括步骤：
5.根据权利要求4所述的超大结构刚度非均匀缩聚的装配偏差分析方法，其特征在于，所述焊装偏差分析模型的建立包括步骤：
6.根据权利要求5所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：余海东，高畅，顾彬，赵勇，袁可，王皓，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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