【摘要】：管路在航空、航天、汽車、船舶等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，管路的合理布局及優(yōu)化是保證復(fù)雜機電產(chǎn)品可靠運行的前提。由于在復(fù)雜產(chǎn)品的管路系統(tǒng)布局設(shè)計階段需要綜合考慮管路的可制造性、穩(wěn)定性、強度和流阻等一系列跨專業(yè)問題，工程中常常因考慮的影響因素復(fù)雜，導(dǎo)致如何在縮短管路系統(tǒng)布局設(shè)計時間的情況下保障布局設(shè)計質(zhì)量成為工程難題。本文針對如何提高復(fù)雜產(chǎn)品中的管路布局設(shè)計效率和質(zhì)量的難題，對復(fù)雜產(chǎn)品中管路數(shù)字化布局設(shè)計及仿真相關(guān)理論、方法和實現(xiàn)技術(shù)進行了深入研究，從而為提高管路系統(tǒng)的布局設(shè)計效率和質(zhì)量提供基礎(chǔ)理論、方法和數(shù)字化工具。本文主要的研究工作如下： （1）分析了國內(nèi)外在管路布局設(shè)計、管路系統(tǒng)優(yōu)化、管路裝配與拆卸仿真等相關(guān)理論和技術(shù)方面的研究進展情況，指出了目前存在的問題與不足。在此基礎(chǔ)之上，提出了復(fù)雜產(chǎn)品中管路數(shù)字化布局設(shè)計及仿真技術(shù)的總體框架，并給出了該技術(shù)的概念、內(nèi)涵、典型的業(yè)務(wù)流程以及技術(shù)體系。 （2）通過分析管路系統(tǒng)零件數(shù)字化表達的需求，提出了一種以通徑為核心的管路數(shù)字化模型表達方法。將功能相似、工作環(huán)境和傳輸介質(zhì)相同的相互連通的管路系統(tǒng)零件定義為一個管路通徑，并以此為核心對管路系統(tǒng)進行數(shù)字化表達，改變了傳統(tǒng)的以單根導(dǎo)管為核心的表達方法。在此基礎(chǔ)之上，分別實現(xiàn)了管路系統(tǒng)零件信息模型、幾何模型、碰撞模型以及虛擬實體模型的建立，為管路數(shù)字化布局與仿真業(yè)務(wù)的實現(xiàn)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)支持。 （3）為了提高管路布局的效率，提出了一種基于改進的快速擴展隨機樹算法的管路自動布局方法，快速建立了管路系統(tǒng)的無干涉布局方案。在此基礎(chǔ)之上采用交互式布局方法對布局結(jié)果進行修正，并通過一種基于模擬退火算法的管路自動優(yōu)化算法對管路布局中的各類工程約束進行針對性的優(yōu)化，在實現(xiàn)快速布局的同時，保證管路布局的質(zhì)量。 （4）針對管路布局過程中涉及的諸多工程約束，建立了管路系統(tǒng)自動評價體系，實現(xiàn)了對布局結(jié)果的綜合評價。通過一階謂詞表示法建立了可擴充可定制的管路布局知識庫；在此基礎(chǔ)之上，引入ASP知識推理機對管路的布局設(shè)計結(jié)果進行推理求解，并基于管路數(shù)字化模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計自動評價算法，計算綜合評價結(jié)果。將評價結(jié)果反饋到管路布局模塊中，指導(dǎo)管路布局結(jié)果的優(yōu)化。 （5）針對目前管路可裝配性和可拆卸性驗證困難的問題，研究了管路系統(tǒng)的裝配與拆卸仿真技術(shù)。采用一種基于層次鏈的方法對管路裝拆過程進行建模，實現(xiàn)了裝拆過程信息的儲存與管理；通過對管路零件幾何特征的分析，對快速擴展隨機樹算法進行改進，實現(xiàn)了管路零件裝拆路徑的自動生成；并以此為基礎(chǔ)提出了一種基于拆卸約束關(guān)系圖的管路裝拆序列自動生成技術(shù)，實現(xiàn)了管路系統(tǒng)零件的裝配與拆卸過程仿真。 （6）基于以上成果，設(shè)計并開發(fā)了應(yīng)用軟件的原型系統(tǒng)，并結(jié)合中航商飛合作項目中的飛機發(fā)動機液壓管路系統(tǒng)布局設(shè)計，對論文提出的相關(guān)理論與方法進行了可行性驗證。
【圖文】：

在航空航天等復(fù)雜機電產(chǎn)品中，處于工作狀態(tài)下的管路通常要承受高溫高壓、高頻振動以及管內(nèi)介質(zhì)的沖擊和脈動等影響。 通過對某航天發(fā)動機設(shè)計單位的調(diào)研，總結(jié)了其管路布局設(shè)計的一般流程如圖2-1所示。管路的布局設(shè)計通常包含16個環(huán)節(jié)，涉及到結(jié)構(gòu)、振動、流體等專業(yè)，過程十分復(fù)雜。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，一臺中型發(fā)動機的管路布局設(shè)計及協(xié)調(diào)時間長達 4 個月之久，其具體流程如下：第一步：獲取設(shè)計輸入。具體包括布局導(dǎo)管的用途、介質(zhì)類型、介質(zhì)流量及流速、介質(zhì)工作溫度、介質(zhì)密度以及發(fā)動機轉(zhuǎn)速等參數(shù)值。第二步：計算管路通徑。根據(jù)設(shè)計輸入?yún)?shù)的具體數(shù)值計算出滿足系統(tǒng)功能要求的管路的最小通徑值。第三步：選取材料密度。根據(jù)設(shè)計輸入?yún)?shù)中介質(zhì)的流量及流速等數(shù)值計算出導(dǎo)管在工作狀態(tài)下承受的壓力，，根據(jù)該壓力值并結(jié)合對管路自重的要求，計算能滿足系統(tǒng)功能要求的導(dǎo)管材料密度區(qū)間。第四步：確定接頭類型。根據(jù)“第二步”計算所得管路通徑值，確定用于連接該

功能要求等，根據(jù)這些工程信息建立管路零件核心的管路數(shù)字化模型字化建模方法是以單根導(dǎo)管為核心，在導(dǎo)管模型于在實際工程中，很多管路由于互相連通，具備體進行建模更有利于對管路系統(tǒng)進行布局以及綜2 和3P 通過三通零件連接起來，這三根導(dǎo)管由于的工作環(huán)境也相同，將導(dǎo)管1P ，2P 和3P 以及連一個管路通徑。本節(jié)主要介紹以通徑為核心的管。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP391.9;TB472

【參考文獻】

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本文編號：2578482