申请/专利权人：南京航空航天大学

申请日：2024-01-03

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN117494534B

主分类号：G06F30/23

分类号：G06F30/23;G06F30/15;G06T17/20;G06T5/70;G06T5/20;G06F111/04;G06F111/10;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2024.02.23#实质审查的生效;2024.02.02#公开

摘要：本发明涉及一种基于点云与有限元分析的飞机蒙皮修配方法，包括获取待修配蒙皮点云数据集S和机身待装配的缺口点云数据集C；分别对点云数据集S和点云数据集C进行去噪处理；对去噪后的点云数据集S和C进行均匀下采样得到点云数据集S1和C1，并将点云数据集S1转化为蒙皮数模A；对蒙皮数模A施加装配约束进行有限元仿真分析，得到装配状态下形变后的蒙皮数模，并获取形变后的蒙皮点云数据集S2；将点云数据集C1向S2做投影，得到待修配蒙皮的修配轨迹，实现修配后的蒙皮与机身待装配缺口之间的匹配。本发明解决了传统蒙皮类零件装配方法精度不高、装配效率低导致工人工作困难且工作量增大的问题，极大地提高了生产效率并节省了人力。

主权项：1.一种基于点云与有限元分析的飞机蒙皮修配方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取待修配蒙皮点云数据集S和机身待装配的缺口点云数据集C；S2、分别对待修配蒙皮点云数据集S和机身待装配的缺口点云数据集C进行去噪处理；S3、对去噪后的点云数据集S和C进行均匀下采样得到点云数据集S1和C1，并将点云数据集S1转化为蒙皮数模A；S4、对蒙皮数模A施加装配约束进行有限元仿真分析，得到装配状态下形变后的蒙皮数模，并获取形变后的蒙皮点云数据集S2；其中，有限元的算法具体过程包括：单元内任一应变测点的位移dx可以由沿坐标轴方向的分位移表示为：dx＝ux,vx,wx＝Nxqe；其中，x≡x,y,z表示应变测点的坐标；u、v、w分别为沿x轴、y轴、z轴方向的位移分量；Nx为单元形函数；qe为单元全部节点位移组成的位移向量；将应变场εx用单元全部节点位移组成的位移向量qe和单元形函数Nx表示为： 其中，结构体应变场的应变值ε可以由n个独立的应变分量来描述，每个应变分量表示一个方向的应变，即ε≡{ε1,ε2,ε3,...,εn}，为求导算子，表示对单元形函数Nx求导；M为应变位移矩阵；通过理论应变值ε与实测应变值ε'构建总的误差函数φ，其中ε'≡{ε1',ε2',ε3',...,εm'}，使用最小二乘法求解总的误差函数φ的极值，总的误差函数φ的表达式为： 其中，m为结构体设置的应变测点数量；假设结构体离散为N个单元，每个单元设置k个应变测点，则总的误差函数φ可以看作所有单元误差函数φj之和： 对于每个单元，认定最能反映出结构的变形情况的模型是当φj取值最小时，由前述可知，单元误差函数φj是关于单元全部节点位移组成的位移向量qe的函数，根据最小二乘法的求解原理，当φj取得最小值时，此时有： 求解得到Keqe＝Fe形式的方程，其中Ke为单元刚度矩阵；Fe为单元载荷向量；通过适当的坐标变换，将每个单元的刚度矩阵Ke和载荷向量Fe组合在一起，并添加边界条件，通过建立结构体的总体平衡方程，来描述整个结构体在受力和变形方面的行为，得到结构体的总体平衡方程为：Kq＝F；式中，矩阵K代表结构体的总体刚度，载荷向量F则代表结构体的总体载荷；通过计算q＝K-1F，可以得到待求节点位移q；S5、将点云数据集C1向S2做投影，得到待修配蒙皮的修配轨迹，实现修配后的蒙皮与机身待装配缺口之间的完美匹配。

全文数据：

权利要求：

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