一种弱刚性薄壁结构预连接工艺多目标智能优化方法与流程

本发明属于模拟仿真领域，具体涉及一种弱刚性薄壁结构预连接工艺多目标智能优化方法。

背景技术：

1、作为典型弱刚性薄壁结构的航空壁板，由大量薄壁零件连接而成，在型架上装配时极易出现较大的初始装配间隙。过大的装配间隙可能导致紧固件连接孔钻锪时制孔刀具发生颤振，还会导致制孔毛刺进入间隙划伤零件表面。此外，装配间隙过大会导致航空壁板装配变形与装配应力的增加。在航空壁板钻铆前，有必要将间隙控制在合理范围内。为了实现这一目标，通常采用穿心夹、螺栓等预连接件，通过双侧压紧抑制装配间隙。不过，传统预连接工艺严重依赖经验、缺乏科学基础，在预连接后往往需要人工确认装配间隙的抑制效果，导致预连接工艺过程具有较高的返工率以及较大的工作量。

2、有鉴于此，提出一种弱刚性薄壁结构预连接工艺多目标智能优化方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种帮助减少返工率的弱刚性薄壁结构预连接工艺多目标智能优化方法。

2、为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：

3、一种弱刚性薄壁结构预连接工艺多目标智能优化方法，包括如下依次执行的步骤：

4、s1：确定预连接件数量和预连接后的连接孔数量，在此基础上，将预连接后的平均残余间隙的最小值和残余间隙变异系数的最小值作为优化目标，以预连接布局、顺序以及预紧力为设计变量，以残余间隙容差为约束条件，为寻找最优预连接工艺设计方案，建立如下第（1）公式所示的预连接工艺参数多目标优化数学模型：

5、（1）；

6、其中，表示连接孔的序号，表示第个连接孔处的残余间隙，为预连接后的连接孔数量；

7、s2：基于步骤s1建立的所述预连接工艺参数多目标优化数学模型，采用多目标遗传算法对多个预连接工艺参数进行优化，具体的优化步骤如下：

8、s2-1：设置预连接工艺多目标智能优化算法的最大迭代次数，设置生成子代所需的定向交叉概率、经典交叉概率、突变概率和选择概率；

9、s2-2：结合已确定的所述预连接件数量，基于随机抽样，从所述预连接布局、所述顺序和所述预紧力所构成的预连接工艺设计方案中，抽取组满足的预连接工艺设计方案，作为多目标遗传算法的初始种群；

10、s2-3：根据初始种群中每个个体对应的所述预连接工艺设计方案，建立预连接工艺有限元仿真模型，计算各所述连接孔的残余间隙，用于计算每一组预连接工艺设计方案对应的平均残余间隙和残余间隙变异系数，得到如下第（2）公式所示的预连接工艺多目标智能优化算法的适应度向量：

11、（2）；

12、s2-4：综合应用定向交叉、经典交叉、突变和选择操作，进行预连接工艺设计方案种群的进化，生成下一代预连接工艺设计方案种群；

13、s2-5：采用精英主义，保留精英预连接工艺设计方案，引入pareto支配和pareto解集，将每个预连接工艺设计方案子代种群的pareto解集都放入精英解集中，并与所述预连接工艺设计方案精英解作比较，删除重复以及被支配的pareto解，得到所有的所述预连接工艺设计方案的解集，映射到平均残余间隙、残余间隙变异系数二维目标空间，形成一条pareto前沿解曲线；

14、s2-6：重复步骤s2-3和步骤s2-4，直到达到设置的预连接工艺多目标智能优化算法的最大迭代次数，输出最终的预连接工艺设计方案pareto解集；

15、s3：采用逼近于理想解的排序法，从步骤s2最终输出的预连接工艺设计方案pareto解集中，选取预连接工艺设计方案的最优解。

16、优选的，步骤s3中选取预连接工艺设计方案的最优解的具体步骤如下：

17、s3-1：将步骤s2最终输出的预连接工艺设计方案pareto解集的个pareto前沿解作为评价对象，每个评价对象包含平均残余间隙和残余间隙变异系数两个评价指标，对各评价对象的各评价指标进行标准化处理并进行加权，得到如下第（3）公式所示的预连接工艺设计方案pareto解集的特征矩阵：

18、（3）；

19、其中，为第个评价对象的第个评价指标值，为对应的权重系数；；和是当时的和；为pareto前沿解总数，为评价指标数量，；

20、s3-2：如下第（4）公式所示，确定预连接工艺方案pareto解集的正理想解和负理想解，

21、（4）；

22、其中，正理想解为预连接工艺设计方案pareto解集的特征矩阵中每列元素最小值组成的向量，负理想解为预连接工艺设计方案pareto解集的特征矩阵中每列元素最大值组成的向量；

23、s3-3：将预连接工艺设计方案pareto解集的特征矩阵的第行，作为第个备选预连接工艺设计方案的特征向量，分别计算该特征向量与正理想解向量的欧式距离，以及该特征向量与负理想解向量的欧式距离，从而基于如下第五公式所示，得到第个预连接工艺设计方案与理想解的接近程度指标，

24、；

25、将预连接工艺设计方案pareto解集中各预连接工艺设计方案与理想解的接近程度指标进行排序，与理想解的接近程度指标最大的为最优预连接工艺设计方案。

26、通过采用前述设计方案，本发明的有益效果是：本发明可以实现预连接布局、顺序、预紧力等预连接工艺参数的协同优化，可为航空工业智能制造中的壁板预连接装配工艺智能优化提供理论基础和技术支持，提升航空壁板预连接装配质量，能够有效避免由于装配间隙问题而返工，有助于减少返工率。

技术特征：

1.一种弱刚性薄壁结构预连接工艺多目标智能优化方法，其特征在于：包括如下依次执行的步骤：

2.如权利要求1所述的一种弱刚性薄壁结构预连接工艺多目标智能优化方法，其特征在于：

技术总结
本发明涉及模拟仿真领域，具体公开了一种弱刚性薄壁结构预连接工艺多目标智能优化方法，包括如下依次执行的步骤：S1：确定预连接件数量和预连接后的连接孔数量，将预连接后的平均残余间隙的最小值和残余间隙变异系数的最小值作为优化目标，步骤S2：采用多目标遗传算法对多个预连接工艺参数进行优化，S3：采用逼近于理想解的排序法，从步骤S2最终输出的预连接工艺设计方案中，选取预连接工艺设计方案的最优解。通过上述方案能够有效避免由于装配间隙问题而返工，有助于减少返工率。

技术研发人员：梅标,杨永泰,严鸿凯
受保护的技术使用者：泉州装备制造研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16