专利名称：飞机长桁类零件1级构件参数化设计方法
技术领域：
本发明涉及飞机结构设计技术领域，特别提供了一种飞机长桁类零件I级构件参数化设计方法。
背景技术：
现有技术中，随着CAD技术的不断深入应用，随着CAD技术越来越成为飞机设计部门必不可少的工具。设计人员需要解决使用CAD完成产品三维实体模型之前的参数确定问题——设计。如果CAD技术不能参与产品参数的确定，那么CAD技术在设计中的应用仅仅是设计结果的描述，并不是真正意义上的设计。CAD系统要参与产品的设计过程，设计过程的模型构造就成为关键。这一模型应能适合CAD/CAE等系统的数据要求，符合专业设计流程的描述。为此，国外各大著名的CAD系统在实现CAD基本功能的基础上，纷纷将CAE技术引入到各自的CAD系统中来，或者向各个CAE系统提供数据接口，期望实现CAD与CAE的集成，满足工程设计需要，这是现有的主流CAD系统的通常做法。目前在零件的实体分析方面，CAD与CAE技术可以实现无缝的集成，但如何解决航空薄壁结构的无缝集成，即解决CAE模型的几何类型与CAE模型几何类型不协调的问题，成为影响CAD与CAE无缝衔接的关键，现有技术还无法解决。飞机长桁类零件I级构件是基于参数化构件的飞机结构设计中的重要组成部分，因此，人们迫切希望获得一种技术效果优良的飞机长桁类零件I级构件参数化设计方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种在基于参数化构件的飞机结构设计方法中使用的飞机长桁类零件I级构件参数化设计方法。其技术基础为基于参数化构件的飞机结构设计方法，现介绍如下基于参数化构件的飞机结构设计方法的关键创新点在于使用参数化构件表述飞机结构中的典型零件，构件中包含结构的几何信息和非几何信息；所述参数化构件是对飞机设计中常用零部件进行归纳整理而形成的、包含几何及非几何属性数据信息的三维数字化模型。在应用中，利用构件实例化生成多个结构件。通过模型简化，提炼结构件中的属性信息，自动生成结构有限元模型。所述参数化构件按飞机数字化设计阶段划分的要求，分为4个级别，分别对应方案设计、打样设计、装配设计和详细设计；其中I级构件用于方案设计阶段，是全参数化的模型；2、3、4级构件是在I级构件的基础上，根据不同设计阶段的要求，逐渐补充、完善和成熟，最终得到可用于制造的产品数字化模型；2、3、4级构件反映了产品数字化定义逐渐成熟的过程，主要用于设计人员对设计过程的了解和学习，同时可在构件实例的基础上，对其进行修改，用来满足新的设计任务的要求。与2-4级构件相关的知识更加丰富，并集成了工程常用的设计工具，帮助设计人员进行初步的设计分析。
对于I级构件而言还满足下述要求“构件”是严格按照三维产品数字化建模规范建立的、包含零件各种属性的参数化的某一类典型零件；当在CATIA环境下完成构件的属性、参数定义后，则能够根据对构件属性和参数的定义生成一个构件的实例，即产品数字化定义结果并置于PDM的全面管理之下；“构件的属性”包含几何和非几何属性；其中几何属性都是参数化的，用于形成三维实例，几何属性具体分为两类，一类是构件的定位参数，如外型曲面、构件定位平面等，另一类是构件的截面形状参数，如厚度、宽度等；构件的非几何属性主要用于描述构件的功能和性能属性，为模型统一关联系统建立功能、性能样机提供基本数据；非几何属性的定义随着构件的不断成熟，其内容逐渐完善。构件属性数据是预先定义的构件数据，包括构件的定位数据、截面几何数据、构件的重量系数、构件的可简化单元。在构件统一数据中，需要对构件的几何定位参数、构件的截面特性(几何形状、截面参数)、构件的重量特性、构件在CAE分析中可选的简化特性进行详细定义，形成构件功能、性能属性描述的最大集。构件属性的完备定义是模型简化系统对构件进行简化的依据，是构件使用和简化模块的数据输入源。另一方面，通过建立构件属性定义，规范构件的简化过程，实现有限元模型的自动生成。构件属性定义与构件几何实体处于绑定状态，如果构件库中的构件实体没有对应的属性定义，则该构件实例化后，构件简化模块将无法识别该实例；如果删除构件库件中的某一构件实体时，则该构件对应的属性定义应被一同删除。基于参数化构件的飞机结构设计方法的应用，首先是快速建立产品初步设计模型。利用参数化构件快速进行构件的定义，搭建初步的电子样机。构件调用时，使用建模基准中定义的几何基准，定义构件的定位参数，完成构件空间定位的实例化；利用构件几何参数定义界面，完成构件截面特征参数的实例化定义。通过以上两个过程，完成对构件的调用和实例化，从而实现快速建立产品初步设计模型的目的。在构件的调用过程中，可以使用与构件关联的知识和工程算法，根据初步的设计要求，确定构件的截面尺寸等参数。其次是建立仿真基础数据(非几何数据定义)。在构件实例的基础上，定义构件的非几何信息，即构件的功能、性能属性，将定义结果保存到产品数字化模型中(CATIA模型)。模型简化信息的定义是逐步完善的过程，保存在产品数据中的所有属性构成了统一模型数据的基础，不仅包含了面向制造的设计数据，而且包含了面向设计的分析数据。使用统一模型关联系统对这些数据进行提取和加工，则可建立飞机设计各辅流程所需的功能、性能仿真分析模型，实现飞机设计主辅流程的衔接。所述基于参数化构件的飞机结构设计方法中，为方案设计阶段服务的I级构件满足下述要求利用I级构件实例化后形成的数字样机，通过CAE分析和优化设计确定初步的结构设计参数，为重量估算提供基础，对概念论证提出的飞机结构方案进行明确和具体化，最终给出完整的飞机结构总体方案；所述I级构件具体包含内外形曲面、定位基准平面、剖面参数、非几何信息。所述基于参数化构件的飞机结构设计方法中，为方案设计阶段服务的2级构件满足下述要求2级构件是为初步设计阶段服务的；由2级构件形成的数字样机，为飞机的可达性、可维护性、足够的可靠性、人机工程以及支持装备的兼容性等进行尽可能的协调设计；在零部件基本尺寸都已经确定的基础上提供重量指标的详细分解基础，但尚未进行详细的装配和安装设计；2级构件不是全参数化的构件，是在I级构件实例化并经过优化设计分析后的基础上，将构件整合/划分为若干组合件/零件，确定结构之间连接关系、工艺分离面、设计分离面、进行初步空间协调设计；具体包含下述设计内容大部件之间连接具体形式设计(如明确机翼与机身之间的某交点为水平对接接头/耳片连接)；纵横骨架构件分段(如梁连续、肋分段；纵横骨架构件之间尚未进行具体连接形式设计，如纵横骨架构件之间没有连接的接头、角盒、角片等)；确定单个构件分段形式、位置(如纵墙内外段对接、套合；骨架构件尚未进行细节设计，如梁、墙、肋等仅有缘条和腹板，没有中间的筋条)；结构件之间的协调定位(如梁缘条下移贴合蒙皮内表面)；口盖位置、开口大小设计；结构件为各系统通路初步开孔(开孔只是挖洞，没有翻边等加强设计)。所述基于参数化构件的飞机结构设计方法中，为方案设计阶段服务的3级构件满足下述要求3级构件是为装配设计阶段服务的；由3级构件形成的数字样机，进行各功能系统与结构、结构与结构间的装配设计，通过检查设计集成的各种状态、干涉和界面对接情况，完成整架飞机的干涉检查，形成最终的系统/结构界面定义，提供重量校核基础；本阶段形成的数字样机相当于传统飞机研制流程中实物样机作用；3级构件不是全参数化的构件，是根据装配设计需要，对2级构件进行继续细化、修改和完善并增减相应零组件，完成各功能系统与结构、结构与结构间的最终接口界面设计，其具体包含下述内容要求构件之间的连接关系设计(如梁、肋连接加角盒、角片等；关键部位紧固件连接部位设计，如与某受力较大的销轴连接的构件的连接局部设计；口盖口框设计)；构件与系统间安装设计(如确定燃油泵在结构件上的安装)；构件与系统之间的干涉设计(结构为系统通路开孔确定)。所述基于参数化构件的飞机结构设计方法中，为方案设计阶段服务的4级构件满足下述要求4级构件是为详细设计阶段服务的；由4级构件形成的最终全机数字样机满足最终的设计载荷，确定零部件最终重量状态，同时满足可制造性要求；4级构件不是全参数化的构件，是在3级构件的基础上，修正、完善零件三维模型的局部细节，满足构件所有的设计要求得到的，其具体包含下述内容要求对构件连接局部具体形状设计、局部加强设计；构件连接细节设计(标准件代号、排列形式、间隙、边距，相关构件可能局部更改)；构件倒角、倒圆、减轻孔、减轻坑、减轻槽、通油孔、工艺基准孔设计。所述基于参数化构件的飞机结构设计方法，其特征在于“构件”严格按三维产品数字化建模规范建立，通过构件及其伴随知识库能够获得与其相关的设计、工艺、制造知识，在构件使用过程中辅助设计人员完成设计工作；飞机中典型的结构构件可归纳为11类1)梁、墙；2)肋；3)长桁；4)蒙皮壁板；5)框；6)纵向隔板；7)接头、角盒；8) 口盖、口框；9)带板；10)铰链；11)其它。本发明的创新要点和要求保护的重点涉及一种飞机长桁类零件I级构件参数化设计方法，其特征在于用参数化构件表述飞机结构中的长桁类零件，飞机长桁类零件I级构件参数化表述具体涉及下述4部分内容“基本属性”、“几何属性”、“非几何属性”、“二维截面图”;其中“基本属性”具体包括构件名称、版本号、创建时间、构件描述、制造工艺、备注；“几何属性”具体分为定位参数、截面参数两部分，其中，定位参数包括外形面、轴平面、前定位面、后定位面；截面参数具体为截面的长度、宽度、高度、厚度信息；飞机长桁类零件I级构件定位参数示意图参见
图1。“非几何属性”具体涉及下述两部分内容分解方案、对应分解方案的“非几何属性”信息；其中长桁类零件不需要分解，为整体方案；对应分解方案的“非几何属性”信息具体包括能够采用的简化单元类型，对应该类型有限元单元的计算属性及关联的计算公式；“二维截面图”:用于在构件实例化时供用户正确理解构件各参数的物理意义。所述飞机长桁类零件I级构件参数化设计方法，其特征在于针对L型长桁零件I级构件的“几何属性”中，截面参数具体包括下述三者截面上缘条T型材总宽度、上缘条T型材右侧宽度、下缘条T型材总宽度。截面参数示意图见图2，参数描述见表I。表I截面参数描述
权利要求
1.飞机长桁类零件I级构件参数化设计方法，其特征在于用参数化构件表述飞机结构中的长桁类零件，飞机长桁类零件I级构件参数化表述具体涉及下述4部分内容“基本属性”、“几何属性”、“非几何属性”、“二维截面图”;其中“基本属性”具体包括构件名称、版本号、创建时间、构件描述、制造工艺、备注；“几何属性”具体分为定位参数、截面参数两部分，其中，定位参数包括外形面、轴平面、前定位面、后定位面；截面参数具体为截面的长度、宽度、高度、厚度信息；“非几何属性”:具体涉及下述两部分内容分解方案、对应分解方案的“非几何属性”信息；其中长桁类零件不需要分解，为整体方案；对应分解方案的“非几何属性”信息具体包括能够采用的简化单元类型，对应该类型有限元单元的计算属性及关联的计算公式； “二维截面图”:用于在构件实例化时供用户正确理解构件各参数的物理意义。
2.按照权利要求1所述飞机长桁类零件I级构件参数化设计方法，其特征在于针对L 型长桁零件I级构件的“几何属性”中，截面参数具体包括下述三者截面上缘条T型材总宽度、上缘条T型材右侧宽度、下缘条T型材总宽度。
3.按照权利要求1所述飞机长桁类零件I级构件参数化设计方法，其特征在于针对L 形挤压型材的飞机长桁类零件I级构件，其简化单元、计算属性和关联公式参见表2 表2能简化为杆、梁类单元的构件计算属性和关联公式
4.按照权利要求1-3其中之一所述飞机长桁类零件I级构件参数化设计方法，其特征在于飞机长桁类零件I级构件参数化表述还涉及下述3部分内容“关联知识”、“导入报告”、“说明”;其中“关联知识”是在构件调用时，向用户提供该构件的相关设计知识；“导入报告”用于记录构件的建模过程；“说明”:对于几何定位参数，轴、前后定位均是曲面，因此会产生多种不同的组合，各种不同的截面形状也具有不同的组合。
全文摘要
飞机长桁类零件1级构件参数化设计方法用参数化构件表述飞机结构中的长桁类零件，飞机长桁类零件1级构件参数化表述具体涉及下述4部分内容1)“基本属性”具体包括构件名称、版本号、创建时间、构件描述、制造工艺、备注；2)“几何属性”具体分为定位参数、截面参数两部分；3)“非几何属性”具体涉及分解方案、对应分解方案的“非几何属性”信息；4)“二维截面图”用于在构件实例化时供用户正确理解构件各参数的物理意义。本发明有助于组建飞机的构件库系统，为飞机设计规范化和仿真分析与优化提供功能、性能模型数据基础，保证几何样机、功能样机/性能样机间数据的协调一致，提高了飞机的设计质量、缩短了研制周期。
文档编号G06F17/50GK103020375SQ20121057029
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者杨旭, 朴春雨, 吴斌 申请人:中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所