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申请/专利权人：大连理工大学

摘要：一种修正边界刚度的飞机工装定位器变形在线重构方法。建立定位器有限元模型，根据模态有效质量分数选择模态振型，建立工装定位器全局变形重构模型；讨论边界刚度修正方法，确定修正方法的优化参数、目标函数与优化方法；搭建飞机工装实验平台，获取工装定位器的模态参数，基于上述方法对有限元模型进行边界刚度修正；模拟飞机装配过程，实时测量工装定位器测点位移作为输入，实现飞机工装定位器变形的在线重构。该方法能效的修正模态叠加法中有限元模型的边界刚度条件，并采取物理意义明确的修正方法，避免了物理意义不明确的修正方法无法全面反映结构的整体变化特性的难题，解决了有限元模型的模态振型不够准确而导致重构精度不高的问题。

主权项：1.一种修正边界刚度的飞机工装定位器变形在线重构方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：基于模态叠加的工装定位器全局变形重构模型构建构建飞机工装定位器有限元模型，基于有限元分析方法获取飞机工装定位器有限元模型的各阶模态，并基于模态有效质量分数选取有限元模态振型；若考虑m阶模态，将系统各自由度响应表示为： 其中，xit表示各自由度响应，是第i阶模态的第j个自由度的位移模态振型，yit为各个振型参与因子，[Φ]N×m为各个位移模态振型，{yt}m×1为各个振型参与因子；测量k个自由度的位移，km，记为[d]k×1＝[d1,d2,d3,...,dk]，所测量位置的自由度记为zi，φjzi为该自由度的第j阶位移模态振型；通过最小二乘法求解振型参与因子，即构建工装定位器全局变形重构模型，将各个自由度的位移重构结果表示为： 其中，xtN×1为各自由度响应；Sk×m为各个自由度上的m阶模态振型组成的矩阵，为其转置矩阵： 步骤2：基于子矩阵修正方法的定位器有限元模型边界刚度修正基于与实际装配现场一致的飞机平尾升降舵装配工装等比例主型架，搭建飞机装配工装实验平台；通过该飞机装配工装试验台，选取n个测点进行定位器模态实验，获取定位器的各阶实验测试模态振型；进行相关性分析，计算实验模态与有限元模态的不同阶模态之间的相关性，根据检验的模态置信度选用修正数据；获取定位器模态振型后，对飞机工装定位器有限元模型边界刚度条件进行修正；修正原理如下：由于正交振型具有正交性： 因此，将位移模态振型φ由刚度矩阵K与质量矩阵M表达，通过优化刚度矩阵K与质量矩阵M，即实现对位移模态振型φ的优化；采用子矩阵型修正方法，选择优化参数为子矩阵参数，将实验模型和有限元模型的刚度矩阵和质量矩阵之间的关系以子矩阵参数表示为： 其中，K0、M0为有限元模型的初始整体质量矩阵和刚度矩阵，分别是有限元模型中第z个单元的刚度矩阵和质量矩阵，αz、βz为第z个单元的刚度修正因子、质量修正因子；为确定优化目标，选择模态置信度准则，将步骤1中的飞机工装定位器有限元模态振型和定位器模态实验获得的实验测试模态振型的振型相关性表示为： 其中，φi表示有限元仿真分析第i阶模态振型，φj表示实验测试的第j阶模态振型；当MAC值接近1时说明相关性好，确定优化目标为达到最小值；确定优化参数与目标函数后，将有限元模型修正问题转化为数学优化问题，引入遗传算法求解目标参数；假设以M个个体组成的种群进行搜索，将第t个个体被选择产生后代的概率表示为： 其中，pt为第t个个体的选择概率；fxt为其适应度；选中的个体将通过交叉产生后代，并以突变率μ变异个体基因；通过该优化方法对目标参数进行优化求解，实现有限元模型边界条件修正；步骤3：位移监测系统搭建与飞机工装定位器变形在线重构建立飞机工装定位器关键点位移监测系统，实现对飞机工装定位器上测点位移的实时监测；具体为：基于飞机装配工装实验平台，架设双目摄影测量设备，连接至计算器，实时采集飞机工装定位器上测点的三维位移；至此，完成飞机工装定位器关键点位移监测系统的搭建，实现对飞机工装定位器上测量点位移的实时监测；完成飞机装配工装实验平台与双目摄影测量设备布置后，进行航空部件样件的模拟装配，基于边界条件修正的有限元模型，将双目摄影测量设备测量得到的测点位移带入变形重构表达式2，实时重构飞机工装定位器结构的变形。

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