專利名稱：飛機長桁類零件1級構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種飛機長桁類零件I級構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，隨著CAD技術(shù)的不斷深入應(yīng)用，隨著CAD技術(shù)越來越成為飛機設(shè)計部門必不可少的工具。設(shè)計人員需要解決使用CAD完成產(chǎn)品三維實體模型之前的參數(shù)確定問題——設(shè)計。如果CAD技術(shù)不能參與產(chǎn)品參數(shù)的確定，那么CAD技術(shù)在設(shè)計中的應(yīng)用僅僅是設(shè)計結(jié)果的描述，并不是真正意義上的設(shè)計。CAD系統(tǒng)要參與產(chǎn)品的設(shè)計過程，設(shè)計過程的模型構(gòu)造就成為關(guān)鍵。這一模型應(yīng)能適合CAD/CAE等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)要求，符合專業(yè)設(shè)計流程的描述。為此，國外各大著名的CAD系統(tǒng)在實現(xiàn)CAD基本功能的基礎(chǔ)上，紛紛將CAE技術(shù)引入到各自的CAD系統(tǒng)中來，或者向各個CAE系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口，期望實現(xiàn)CAD與CAE的集成，滿足工程設(shè)計需要，這是現(xiàn)有的主流CAD系統(tǒng)的通常做法。目前在零件的實體分析方面，CAD與CAE技術(shù)可以實現(xiàn)無縫的集成，但如何解決航空薄壁結(jié)構(gòu)的無縫集成，即解決CAE模型的幾何類型與CAE模型幾何類型不協(xié)調(diào)的問題，成為影響CAD與CAE無縫銜接的關(guān)鍵，現(xiàn)有技術(shù)還無法解決。飛機長桁類零件I級構(gòu)件是基于參數(shù)化構(gòu)件的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要組成部分，因此，人們迫切希望獲得一種技術(shù)效果優(yōu)良的飛機長桁類零件I級構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在基于參數(shù)化構(gòu)件的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中使用的飛機長桁類零件I級構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計方法。其技術(shù)基礎(chǔ)為基于參數(shù)化構(gòu)件的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，現(xiàn)介紹如下基于參數(shù)化構(gòu)件的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的關(guān)鍵創(chuàng)新點在于使用參數(shù)化構(gòu)件表述飛機結(jié)構(gòu)中的典型零件，構(gòu)件中包含結(jié)構(gòu)的幾何信息和非幾何信息；所述參數(shù)化構(gòu)件是對飛機設(shè)計中常用零部件進行歸納整理而形成的、包含幾何及非幾何屬性數(shù)據(jù)信息的三維數(shù)字化模型。在應(yīng)用中，利用構(gòu)件實例化生成多個結(jié)構(gòu)件。通過模型簡化，提煉結(jié)構(gòu)件中的屬性信息，自動生成結(jié)構(gòu)有限元模型。所述參數(shù)化構(gòu)件按飛機數(shù)字化設(shè)計階段劃分的要求，分為4個級別，分別對應(yīng)方案設(shè)計、打樣設(shè)計、裝配設(shè)計和詳細設(shè)計；其中I級構(gòu)件用于方案設(shè)計階段，是全參數(shù)化的模型；2、3、4級構(gòu)件是在I級構(gòu)件的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同設(shè)計階段的要求，逐漸補充、完善和成熟，最終得到可用于制造的產(chǎn)品數(shù)字化模型；2、3、4級構(gòu)件反映了產(chǎn)品數(shù)字化定義逐漸成熟的過程，主要用于設(shè)計人員對設(shè)計過程的了解和學習，同時可在構(gòu)件實例的基礎(chǔ)上，對其進行修改，用來滿足新的設(shè)計任務(wù)的要求。與2-4級構(gòu)件相關(guān)的知識更加豐富，并集成了工程常用的設(shè)計工具，幫助設(shè)計人員進行初步的設(shè)計分析。
對于I級構(gòu)件而言還滿足下述要求“構(gòu)件”是嚴格按照三維產(chǎn)品數(shù)字化建模規(guī)范建立的、包含零件各種屬性的參數(shù)化的某一類典型零件；當在CATIA環(huán)境下完成構(gòu)件的屬性、參數(shù)定義后，則能夠根據(jù)對構(gòu)件屬性和參數(shù)的定義生成一個構(gòu)件的實例，即產(chǎn)品數(shù)字化定義結(jié)果并置于PDM的全面管理之下；“構(gòu)件的屬性”包含幾何和非幾何屬性；其中幾何屬性都是參數(shù)化的，用于形成三維實例，幾何屬性具體分為兩類，一類是構(gòu)件的定位參數(shù)，如外型曲面、構(gòu)件定位平面等，另一類是構(gòu)件的截面形狀參數(shù)，如厚度、寬度等；構(gòu)件的非幾何屬性主要用于描述構(gòu)件的功能和性能屬性，為模型統(tǒng)一關(guān)聯(lián)系統(tǒng)建立功能、性能樣機提供基本數(shù)據(jù)；非幾何屬性的定義隨著構(gòu)件的不斷成熟，其內(nèi)容逐漸完善。構(gòu)件屬性數(shù)據(jù)是預先定義的構(gòu)件數(shù)據(jù)，包括構(gòu)件的定位數(shù)據(jù)、截面幾何數(shù)據(jù)、構(gòu)件的重量系數(shù)、構(gòu)件的可簡化單元。在構(gòu)件統(tǒng)一數(shù)據(jù)中，需要對構(gòu)件的幾何定位參數(shù)、構(gòu)件的截面特性(幾何形狀、截面參數(shù))、構(gòu)件的重量特性、構(gòu)件在CAE分析中可選的簡化特性進行詳細定義，形成構(gòu)件功能、性能屬性描述的最大集。構(gòu)件屬性的完備定義是模型簡化系統(tǒng)對構(gòu)件進行簡化的依據(jù)，是構(gòu)件使用和簡化模塊的數(shù)據(jù)輸入源。另一方面，通過建立構(gòu)件屬性定義，規(guī)范構(gòu)件的簡化過程，實現(xiàn)有限元模型的自動生成。構(gòu)件屬性定義與構(gòu)件幾何實體處于綁定狀態(tài)，如果構(gòu)件庫中的構(gòu)件實體沒有對應(yīng)的屬性定義，則該構(gòu)件實例化后，構(gòu)件簡化模塊將無法識別該實例；如果刪除構(gòu)件庫件中的某一構(gòu)件實體時，則該構(gòu)件對應(yīng)的屬性定義應(yīng)被一同刪除?；趨?shù)化構(gòu)件的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的應(yīng)用，首先是快速建立產(chǎn)品初步設(shè)計模型。利用參數(shù)化構(gòu)件快速進行構(gòu)件的定義，搭建初步的電子樣機。構(gòu)件調(diào)用時，使用建?；鶞手卸x的幾何基準，定義構(gòu)件的定位參數(shù)，完成構(gòu)件空間定位的實例化；利用構(gòu)件幾何參數(shù)定義界面，完成構(gòu)件截面特征參數(shù)的實例化定義。通過以上兩個過程，完成對構(gòu)件的調(diào)用和實例化，從而實現(xiàn)快速建立產(chǎn)品初步設(shè)計模型的目的。在構(gòu)件的調(diào)用過程中，可以使用與構(gòu)件關(guān)聯(lián)的知識和工程算法，根據(jù)初步的設(shè)計要求，確定構(gòu)件的截面尺寸等參數(shù)。其次是建立仿真基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(非幾何數(shù)據(jù)定義)。在構(gòu)件實例的基礎(chǔ)上，定義構(gòu)件的非幾何信息，即構(gòu)件的功能、性能屬性，將定義結(jié)果保存到產(chǎn)品數(shù)字化模型中(CATIA模型)。模型簡化信息的定義是逐步完善的過程，保存在產(chǎn)品數(shù)據(jù)中的所有屬性構(gòu)成了統(tǒng)一模型數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，不僅包含了面向制造的設(shè)計數(shù)據(jù)，而且包含了面向設(shè)計的分析數(shù)據(jù)。使用統(tǒng)一模型關(guān)聯(lián)系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)進行提取和加工，則可建立飛機設(shè)計各輔流程所需的功能、性能仿真分析模型，實現(xiàn)飛機設(shè)計主輔流程的銜接。所述基于參數(shù)化構(gòu)件的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中，為方案設(shè)計階段服務(wù)的I級構(gòu)件滿足下述要求利用I級構(gòu)件實例化后形成的數(shù)字樣機，通過CAE分析和優(yōu)化設(shè)計確定初步的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，為重量估算提供基礎(chǔ)，對概念論證提出的飛機結(jié)構(gòu)方案進行明確和具體化，最終給出完整的飛機結(jié)構(gòu)總體方案；所述I級構(gòu)件具體包含內(nèi)外形曲面、定位基準平面、剖面參數(shù)、非幾何信息。所述基于參數(shù)化構(gòu)件的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中，為方案設(shè)計階段服務(wù)的2級構(gòu)件滿足下述要求2級構(gòu)件是為初步設(shè)計階段服務(wù)的；由2級構(gòu)件形成的數(shù)字樣機，為飛機的可達性、可維護性、足夠的可靠性、人機工程以及支持裝備的兼容性等進行盡可能的協(xié)調(diào)設(shè)計；在零部件基本尺寸都已經(jīng)確定的基礎(chǔ)上提供重量指標的詳細分解基礎(chǔ)，但尚未進行詳細的裝配和安裝設(shè)計；2級構(gòu)件不是全參數(shù)化的構(gòu)件，是在I級構(gòu)件實例化并經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計分析后的基礎(chǔ)上，將構(gòu)件整合/劃分為若干組合件/零件，確定結(jié)構(gòu)之間連接關(guān)系、工藝分離面、設(shè)計分離面、進行初步空間協(xié)調(diào)設(shè)計；具體包含下述設(shè)計內(nèi)容大部件之間連接具體形式設(shè)計(如明確機翼與機身之間的某交點為水平對接接頭/耳片連接)；縱橫骨架構(gòu)件分段(如梁連續(xù)、肋分段；縱橫骨架構(gòu)件之間尚未進行具體連接形式設(shè)計，如縱橫骨架構(gòu)件之間沒有連接的接頭、角盒、角片等)；確定單個構(gòu)件分段形式、位置(如縱墻內(nèi)外段對接、套合；骨架構(gòu)件尚未進行細節(jié)設(shè)計，如梁、墻、肋等僅有緣條和腹板，沒有中間的筋條)；結(jié)構(gòu)件之間的協(xié)調(diào)定位(如梁緣條下移貼合蒙皮內(nèi)表面)；口蓋位置、開口大小設(shè)計；結(jié)構(gòu)件為各系統(tǒng)通路初步開孔(開孔只是挖洞，沒有翻邊等加強設(shè)計)。所述基于參數(shù)化構(gòu)件的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中，為方案設(shè)計階段服務(wù)的3級構(gòu)件滿足下述要求3級構(gòu)件是為裝配設(shè)計階段服務(wù)的；由3級構(gòu)件形成的數(shù)字樣機，進行各功能系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)間的裝配設(shè)計，通過檢查設(shè)計集成的各種狀態(tài)、干涉和界面對接情況，完成整架飛機的干涉檢查，形成最終的系統(tǒng)/結(jié)構(gòu)界面定義，提供重量校核基礎(chǔ)；本階段形成的數(shù)字樣機相當于傳統(tǒng)飛機研制流程中實物樣機作用；3級構(gòu)件不是全參數(shù)化的構(gòu)件，是根據(jù)裝配設(shè)計需要，對2級構(gòu)件進行繼續(xù)細化、修改和完善并增減相應(yīng)零組件，完成各功能系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)間的最終接口界面設(shè)計，其具體包含下述內(nèi)容要求構(gòu)件之間的連接關(guān)系設(shè)計(如梁、肋連接加角盒、角片等；關(guān)鍵部位緊固件連接部位設(shè)計，如與某受力較大的銷軸連接的構(gòu)件的連接局部設(shè)計；口蓋口框設(shè)計)；構(gòu)件與系統(tǒng)間安裝設(shè)計(如確定燃油泵在結(jié)構(gòu)件上的安裝)；構(gòu)件與系統(tǒng)之間的干涉設(shè)計(結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)通路開孔確定)。所述基于參數(shù)化構(gòu)件的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中，為方案設(shè)計階段服務(wù)的4級構(gòu)件滿足下述要求4級構(gòu)件是為詳細設(shè)計階段服務(wù)的；由4級構(gòu)件形成的最終全機數(shù)字樣機滿足最終的設(shè)計載荷，確定零部件最終重量狀態(tài)，同時滿足可制造性要求；4級構(gòu)件不是全參數(shù)化的構(gòu)件，是在3級構(gòu)件的基礎(chǔ)上，修正、完善零件三維模型的局部細節(jié)，滿足構(gòu)件所有的設(shè)計要求得到的，其具體包含下述內(nèi)容要求對構(gòu)件連接局部具體形狀設(shè)計、局部加強設(shè)計；構(gòu)件連接細節(jié)設(shè)計(標準件代號、排列形式、間隙、邊距，相關(guān)構(gòu)件可能局部更改)；構(gòu)件倒角、倒圓、減輕孔、減輕坑、減輕槽、通油孔、工藝基準孔設(shè)計。所述基于參數(shù)化構(gòu)件的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于“構(gòu)件”嚴格按三維產(chǎn)品數(shù)字化建模規(guī)范建立，通過構(gòu)件及其伴隨知識庫能夠獲得與其相關(guān)的設(shè)計、工藝、制造知識，在構(gòu)件使用過程中輔助設(shè)計人員完成設(shè)計工作；飛機中典型的結(jié)構(gòu)構(gòu)件可歸納為11類1)梁、墻；2)肋；3)長桁；4)蒙皮壁板；5)框；6)縱向隔板；7)接頭、角盒；8) 口蓋、口框；9)帶板；10)鉸鏈；11)其它。本發(fā)明的創(chuàng)新要點和要求保護的重點涉及一種飛機長桁類零件I級構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計方法，其特征在于用參數(shù)化構(gòu)件表述飛機結(jié)構(gòu)中的長桁類零件，飛機長桁類零件I級構(gòu)件參數(shù)化表述具體涉及下述4部分內(nèi)容“基本屬性”、“幾何屬性”、“非幾何屬性”、“二維截面圖”;其中“基本屬性”具體包括構(gòu)件名稱、版本號、創(chuàng)建時間、構(gòu)件描述、制造工藝、備注；“幾何屬性”具體分為定位參數(shù)、截面參數(shù)兩部分，其中，定位參數(shù)包括外形面、軸平面、前定位面、后定位面；截面參數(shù)具體為截面的長度、寬度、高度、厚度信息；飛機長桁類零件I級構(gòu)件定位參數(shù)示意圖參見

圖1?！胺菐缀螌傩浴本唧w涉及下述兩部分內(nèi)容分解方案、對應(yīng)分解方案的“非幾何屬性”信息；其中長桁類零件不需要分解，為整體方案；對應(yīng)分解方案的“非幾何屬性”信息具體包括能夠采用的簡化單元類型，對應(yīng)該類型有限元單元的計算屬性及關(guān)聯(lián)的計算公式；“二維截面圖”:用于在構(gòu)件實例化時供用戶正確理解構(gòu)件各參數(shù)的物理意義。所述飛機長桁類零件I級構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計方法，其特征在于針對L型長桁零件I級構(gòu)件的“幾何屬性”中，截面參數(shù)具體包括下述三者截面上緣條T型材總寬度、上緣條T型材右側(cè)寬度、下緣條T型材總寬度。截面參數(shù)示意圖見圖2，參數(shù)描述見表I。表I截面參數(shù)描述
權(quán)利要求
1.飛機長桁類零件I級構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計方法，其特征在于用參數(shù)化構(gòu)件表述飛機結(jié)構(gòu)中的長桁類零件，飛機長桁類零件I級構(gòu)件參數(shù)化表述具體涉及下述4部分內(nèi)容“基本屬性”、“幾何屬性”、“非幾何屬性”、“二維截面圖”;其中“基本屬性”具體包括構(gòu)件名稱、版本號、創(chuàng)建時間、構(gòu)件描述、制造工藝、備注；“幾何屬性”具體分為定位參數(shù)、截面參數(shù)兩部分，其中，定位參數(shù)包括外形面、軸平面、前定位面、后定位面；截面參數(shù)具體為截面的長度、寬度、高度、厚度信息；“非幾何屬性”:具體涉及下述兩部分內(nèi)容分解方案、對應(yīng)分解方案的“非幾何屬性”信息；其中長桁類零件不需要分解，為整體方案；對應(yīng)分解方案的“非幾何屬性”信息具體包括能夠采用的簡化單元類型，對應(yīng)該類型有限元單元的計算屬性及關(guān)聯(lián)的計算公式； “二維截面圖”:用于在構(gòu)件實例化時供用戶正確理解構(gòu)件各參數(shù)的物理意義。
2.按照權(quán)利要求1所述飛機長桁類零件I級構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計方法，其特征在于針對L 型長桁零件I級構(gòu)件的“幾何屬性”中，截面參數(shù)具體包括下述三者截面上緣條T型材總寬度、上緣條T型材右側(cè)寬度、下緣條T型材總寬度。
3.按照權(quán)利要求1所述飛機長桁類零件I級構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計方法，其特征在于針對L 形擠壓型材的飛機長桁類零件I級構(gòu)件，其簡化單元、計算屬性和關(guān)聯(lián)公式參見表2 表2能簡化為桿、梁類單元的構(gòu)件計算屬性和關(guān)聯(lián)公式
4.按照權(quán)利要求1-3其中之一所述飛機長桁類零件I級構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計方法，其特征在于飛機長桁類零件I級構(gòu)件參數(shù)化表述還涉及下述3部分內(nèi)容“關(guān)聯(lián)知識”、“導入報告”、“說明”;其中“關(guān)聯(lián)知識”是在構(gòu)件調(diào)用時，向用戶提供該構(gòu)件的相關(guān)設(shè)計知識；“導入報告”用于記錄構(gòu)件的建模過程；“說明”:對于幾何定位參數(shù)，軸、前后定位均是曲面，因此會產(chǎn)生多種不同的組合，各種不同的截面形狀也具有不同的組合。
全文摘要
飛機長桁類零件1級構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計方法用參數(shù)化構(gòu)件表述飛機結(jié)構(gòu)中的長桁類零件，飛機長桁類零件1級構(gòu)件參數(shù)化表述具體涉及下述4部分內(nèi)容1)“基本屬性”具體包括構(gòu)件名稱、版本號、創(chuàng)建時間、構(gòu)件描述、制造工藝、備注；2)“幾何屬性”具體分為定位參數(shù)、截面參數(shù)兩部分；3)“非幾何屬性”具體涉及分解方案、對應(yīng)分解方案的“非幾何屬性”信息；4)“二維截面圖”用于在構(gòu)件實例化時供用戶正確理解構(gòu)件各參數(shù)的物理意義。本發(fā)明有助于組建飛機的構(gòu)件庫系統(tǒng)，為飛機設(shè)計規(guī)范化和仿真分析與優(yōu)化提供功能、性能模型數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，保證幾何樣機、功能樣機/性能樣機間數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)一致，提高了飛機的設(shè)計質(zhì)量、縮短了研制周期。
文檔編號G06F17/50GK103020375SQ20121057029
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者楊旭, 樸春雨, 吳斌 申請人:中國航空工業(yè)集團公司沈陽飛機設(shè)計研究所