基于MBD的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件重量計算

劉木君+張石柱

摘 要：文章基于MBD的三維數(shù)字化設(shè)計方法，利用CATIA軟件的參數(shù)化功能及二次開發(fā)，提出飛機(jī)結(jié)構(gòu)件重量計算及統(tǒng)計新的實現(xiàn)方法，該方法可以大幅度減少設(shè)計工作量，提高工作效率，提高重量計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)而縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。

關(guān)鍵詞：重量計算；MBD；建模；參數(shù)化

1 概述

傳統(tǒng)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件重量計算，采用人工計算或估算的方式，近些年隨著CATIA三維設(shè)計軟件的普遍應(yīng)用，已多采用軟件測量的方式，但仍離不開工程設(shè)計人員的人工過程。文章在傳統(tǒng)的重量計算方法上，提出基于MBD的重量計算實現(xiàn)方法。

2 零件重量計算

2.1 零件建模

所有結(jié)構(gòu)零件應(yīng)當(dāng)建立基于CATIA的三維數(shù)模，零件數(shù)模要真實準(zhǔn)確，應(yīng)具備所有細(xì)節(jié)特征，如圓角、加強(qiáng)槽、減輕孔、下陷、凸臺等。有閉角殘余的機(jī)加件，需按布爾運算去材料的方式建模以實現(xiàn)閉角殘余的特征。鈑金件盡量采用鈑金模塊進(jìn)行建模，鈑金特征需符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 零件重量計算方法

在完整的零件生產(chǎn)周期內(nèi)，零件重量計算除考慮原材料、加工的影響，還應(yīng)考慮二者的公差，此外，表面處理、底漆處理也會帶來重量變化。因此，完整的重量計算公式修正如下：

W=smartVolume（零件幾何體`）*ρ*K+smartWetarea（零件幾何體） *n+W1

W1=smartWetarea（零件幾何體） *m

式中：W-零件重量；W1-零件底漆重量；K-公差修正系數(shù)；ρ-零件材料密度；n-表面處理面密度；m-漆層面密度。

實際使用中，將上式定義至模型內(nèi)，可自動與零件三維模型關(guān)聯(lián)，獲取正確的模型體積與表面積數(shù)據(jù)。零件材料密度ρ與材料庫數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，在定義模型材料時自動獲取材料密度值。

2.3 公差修正系數(shù)

公差修正系數(shù)K默認(rèn)為1。當(dāng)零件為鈑金件，并選取執(zhí)行GB3194標(biāo)準(zhǔn)的國產(chǎn)鋁合金板材時，K值需按公差中值[1]進(jìn)行修正，具體可參考表1，較小的零件按板寬1200mm取系數(shù)。

表1 國產(chǎn)鋁合金板材公差修正系數(shù)

當(dāng)零件為機(jī)加件，并人為定義厚度為非對稱公差時，需按厚度公差中值計算K并修改模型中相應(yīng)參數(shù)。例如一個機(jī)加件壁厚為2mm，公差取-0.1～+0.2mm，其公差平均值為0.05mm，那么K應(yīng)為（1mm+0.05mm）/2mm=1.025

2.4 面密度

零件的表面處理和底漆的面密度均按厚度平均值考慮，常用的表面處理平均面密度可參考表2；底漆平均面密度可參考表3。

表2 表面處理平均面密度

表3 底漆平均面密度

3 裝配重量計算

基于緊固件快速設(shè)計系統(tǒng)CAFE系統(tǒng)[2]在裝配R模型中定義緊固件，并通過該系統(tǒng)實現(xiàn)裝配R模型中的緊固件重量自動計算。密封劑的重量按密封區(qū)域及密封形式進(jìn)行估算[3]。

4 重量統(tǒng)計及導(dǎo)出

基于VPM系統(tǒng)的屬性映射可將CATIA模型中的零件重量、漆的重量、重心值以及慣量值以EBOM表的方式導(dǎo)出，可便于統(tǒng)計及重量數(shù)據(jù)管理。

5 結(jié)束語

上述重量計算方法可通過參數(shù)化定義及二次開發(fā)實現(xiàn)，工程設(shè)計人員僅需視情況修正少量參數(shù)即可實現(xiàn)重量計算。公式設(shè)定完畢后，零件重量數(shù)據(jù)會隨著模型的修改自動更新，且所有需要的重量信息和數(shù)據(jù)均可自動導(dǎo)出，不僅提高設(shè)計效率、減少設(shè)計錯誤，還便于重量的跟蹤管理、全機(jī)重心的快速更新，可顯著地縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。

參考文獻(xiàn)

[1]重量平衡與控制[M].飛機(jī)設(shè)計手冊，北京：航空工業(yè)出版社，1999.

[2]王冰，呂軍.基于全三維設(shè)計的緊固件輔助系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J].航空制造技術(shù)，2013（3）.

[3]劉曉艷.飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、噴漆、密封劑和緊固件重量計算[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（25）.

摘 要：文章基于MBD的三維數(shù)字化設(shè)計方法，利用CATIA軟件的參數(shù)化功能及二次開發(fā)，提出飛機(jī)結(jié)構(gòu)件重量計算及統(tǒng)計新的實現(xiàn)方法，該方法可以大幅度減少設(shè)計工作量，提高工作效率，提高重量計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)而縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。

關(guān)鍵詞：重量計算；MBD；建模；參數(shù)化

1 概述

傳統(tǒng)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件重量計算，采用人工計算或估算的方式，近些年隨著CATIA三維設(shè)計軟件的普遍應(yīng)用，已多采用軟件測量的方式，但仍離不開工程設(shè)計人員的人工過程。文章在傳統(tǒng)的重量計算方法上，提出基于MBD的重量計算實現(xiàn)方法。

2 零件重量計算

2.1 零件建模

所有結(jié)構(gòu)零件應(yīng)當(dāng)建立基于CATIA的三維數(shù)模，零件數(shù)模要真實準(zhǔn)確，應(yīng)具備所有細(xì)節(jié)特征，如圓角、加強(qiáng)槽、減輕孔、下陷、凸臺等。有閉角殘余的機(jī)加件，需按布爾運算去材料的方式建模以實現(xiàn)閉角殘余的特征。鈑金件盡量采用鈑金模塊進(jìn)行建模，鈑金特征需符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 零件重量計算方法

在完整的零件生產(chǎn)周期內(nèi)，零件重量計算除考慮原材料、加工的影響，還應(yīng)考慮二者的公差，此外，表面處理、底漆處理也會帶來重量變化。因此，完整的重量計算公式修正如下：

W=smartVolume（零件幾何體`）*ρ*K+smartWetarea（零件幾何體） *n+W1

W1=smartWetarea（零件幾何體） *m

式中：W-零件重量；W1-零件底漆重量；K-公差修正系數(shù)；ρ-零件材料密度；n-表面處理面密度；m-漆層面密度。

實際使用中，將上式定義至模型內(nèi)，可自動與零件三維模型關(guān)聯(lián)，獲取正確的模型體積與表面積數(shù)據(jù)。零件材料密度ρ與材料庫數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，在定義模型材料時自動獲取材料密度值。

2.3 公差修正系數(shù)

公差修正系數(shù)K默認(rèn)為1。當(dāng)零件為鈑金件，并選取執(zhí)行GB3194標(biāo)準(zhǔn)的國產(chǎn)鋁合金板材時，K值需按公差中值[1]進(jìn)行修正，具體可參考表1，較小的零件按板寬1200mm取系數(shù)。

表1 國產(chǎn)鋁合金板材公差修正系數(shù)

當(dāng)零件為機(jī)加件，并人為定義厚度為非對稱公差時，需按厚度公差中值計算K并修改模型中相應(yīng)參數(shù)。例如一個機(jī)加件壁厚為2mm，公差取-0.1～+0.2mm，其公差平均值為0.05mm，那么K應(yīng)為（1mm+0.05mm）/2mm=1.025

2.4 面密度

零件的表面處理和底漆的面密度均按厚度平均值考慮，常用的表面處理平均面密度可參考表2；底漆平均面密度可參考表3。

表2 表面處理平均面密度

表3 底漆平均面密度

3 裝配重量計算

基于緊固件快速設(shè)計系統(tǒng)CAFE系統(tǒng)[2]在裝配R模型中定義緊固件，并通過該系統(tǒng)實現(xiàn)裝配R模型中的緊固件重量自動計算。密封劑的重量按密封區(qū)域及密封形式進(jìn)行估算[3]。

4 重量統(tǒng)計及導(dǎo)出

基于VPM系統(tǒng)的屬性映射可將CATIA模型中的零件重量、漆的重量、重心值以及慣量值以EBOM表的方式導(dǎo)出，可便于統(tǒng)計及重量數(shù)據(jù)管理。

5 結(jié)束語

上述重量計算方法可通過參數(shù)化定義及二次開發(fā)實現(xiàn)，工程設(shè)計人員僅需視情況修正少量參數(shù)即可實現(xiàn)重量計算。公式設(shè)定完畢后，零件重量數(shù)據(jù)會隨著模型的修改自動更新，且所有需要的重量信息和數(shù)據(jù)均可自動導(dǎo)出，不僅提高設(shè)計效率、減少設(shè)計錯誤，還便于重量的跟蹤管理、全機(jī)重心的快速更新，可顯著地縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。

參考文獻(xiàn)

[1]重量平衡與控制[M].飛機(jī)設(shè)計手冊，北京：航空工業(yè)出版社，1999.

[2]王冰，呂軍.基于全三維設(shè)計的緊固件輔助系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J].航空制造技術(shù)，2013（3）.

[3]劉曉艷.飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、噴漆、密封劑和緊固件重量計算[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（25）.

摘 要：文章基于MBD的三維數(shù)字化設(shè)計方法，利用CATIA軟件的參數(shù)化功能及二次開發(fā)，提出飛機(jī)結(jié)構(gòu)件重量計算及統(tǒng)計新的實現(xiàn)方法，該方法可以大幅度減少設(shè)計工作量，提高工作效率，提高重量計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)而縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。

關(guān)鍵詞：重量計算；MBD；建模；參數(shù)化

1 概述

傳統(tǒng)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件重量計算，采用人工計算或估算的方式，近些年隨著CATIA三維設(shè)計軟件的普遍應(yīng)用，已多采用軟件測量的方式，但仍離不開工程設(shè)計人員的人工過程。文章在傳統(tǒng)的重量計算方法上，提出基于MBD的重量計算實現(xiàn)方法。

2 零件重量計算

2.1 零件建模

所有結(jié)構(gòu)零件應(yīng)當(dāng)建立基于CATIA的三維數(shù)模，零件數(shù)模要真實準(zhǔn)確，應(yīng)具備所有細(xì)節(jié)特征，如圓角、加強(qiáng)槽、減輕孔、下陷、凸臺等。有閉角殘余的機(jī)加件，需按布爾運算去材料的方式建模以實現(xiàn)閉角殘余的特征。鈑金件盡量采用鈑金模塊進(jìn)行建模，鈑金特征需符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 零件重量計算方法

在完整的零件生產(chǎn)周期內(nèi)，零件重量計算除考慮原材料、加工的影響，還應(yīng)考慮二者的公差，此外，表面處理、底漆處理也會帶來重量變化。因此，完整的重量計算公式修正如下：

W=smartVolume（零件幾何體`）*ρ*K+smartWetarea（零件幾何體） *n+W1

W1=smartWetarea（零件幾何體） *m

式中：W-零件重量；W1-零件底漆重量；K-公差修正系數(shù)；ρ-零件材料密度；n-表面處理面密度；m-漆層面密度。

實際使用中，將上式定義至模型內(nèi)，可自動與零件三維模型關(guān)聯(lián)，獲取正確的模型體積與表面積數(shù)據(jù)。零件材料密度ρ與材料庫數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，在定義模型材料時自動獲取材料密度值。

2.3 公差修正系數(shù)

公差修正系數(shù)K默認(rèn)為1。當(dāng)零件為鈑金件，并選取執(zhí)行GB3194標(biāo)準(zhǔn)的國產(chǎn)鋁合金板材時，K值需按公差中值[1]進(jìn)行修正，具體可參考表1，較小的零件按板寬1200mm取系數(shù)。

表1 國產(chǎn)鋁合金板材公差修正系數(shù)

當(dāng)零件為機(jī)加件，并人為定義厚度為非對稱公差時，需按厚度公差中值計算K并修改模型中相應(yīng)參數(shù)。例如一個機(jī)加件壁厚為2mm，公差取-0.1～+0.2mm，其公差平均值為0.05mm，那么K應(yīng)為（1mm+0.05mm）/2mm=1.025

2.4 面密度

零件的表面處理和底漆的面密度均按厚度平均值考慮，常用的表面處理平均面密度可參考表2；底漆平均面密度可參考表3。

表2 表面處理平均面密度

表3 底漆平均面密度

3 裝配重量計算

基于緊固件快速設(shè)計系統(tǒng)CAFE系統(tǒng)[2]在裝配R模型中定義緊固件，并通過該系統(tǒng)實現(xiàn)裝配R模型中的緊固件重量自動計算。密封劑的重量按密封區(qū)域及密封形式進(jìn)行估算[3]。

4 重量統(tǒng)計及導(dǎo)出

基于VPM系統(tǒng)的屬性映射可將CATIA模型中的零件重量、漆的重量、重心值以及慣量值以EBOM表的方式導(dǎo)出，可便于統(tǒng)計及重量數(shù)據(jù)管理。

5 結(jié)束語

上述重量計算方法可通過參數(shù)化定義及二次開發(fā)實現(xiàn)，工程設(shè)計人員僅需視情況修正少量參數(shù)即可實現(xiàn)重量計算。公式設(shè)定完畢后，零件重量數(shù)據(jù)會隨著模型的修改自動更新，且所有需要的重量信息和數(shù)據(jù)均可自動導(dǎo)出，不僅提高設(shè)計效率、減少設(shè)計錯誤，還便于重量的跟蹤管理、全機(jī)重心的快速更新，可顯著地縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。

參考文獻(xiàn)

[1]重量平衡與控制[M].飛機(jī)設(shè)計手冊，北京：航空工業(yè)出版社，1999.

[2]王冰，呂軍.基于全三維設(shè)計的緊固件輔助系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J].航空制造技術(shù)，2013（3）.

[3]劉曉艷.飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、噴漆、密封劑和緊固件重量計算[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（25）.