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研究生:賴柔均
研究生(外文):Jou-Chun Lai
論文名稱:航太地面固定式組裝型架之受力變形預測與驗證
論文名稱(外文):Finite Element Analysis of Aerospace Floor Assembly Jig Deflection and Verification
指導教授:楊宏智楊宏智引用關係
指導教授(外文):Hong-Tsu Young
口試日期:2017-07-21
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:機械工程學研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:102
中文關鍵詞:地板組裝型架有限元素法模擬實驗驗證縮小型架組裝順序
外文關鍵詞:Floor Assembly Jig (FAJ)Finite Element MethodTest VerificationScale ModelAssembly Sequence
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在航太產業中,未來20年亞洲區的經濟發展將會帶來遠高於其他地區的新機需求,並帶動當地的航空產業。而台灣的地理優勢與製造能力加上政府政策的鼓勵將帶給台灣航太業一個新的發展機會。然而航太製造業零件多、尺寸大、剛度小且緊公差的特性導致進入門檻高,型架設計的好壞是直接影響產品品質的重要因素。
本研究之目的係針對組裝型架的結構做有限元素分析,確保此型架符合所需剛度與組裝精度要求,並結合縮小模型進行實驗,驗證其分析的可靠度。接著進一步提出結合簡化型架的預分析方法,能大幅減少因設計變更而需重新模擬的時間,最後再對於工件的組裝順序提出較佳的建議。
根據模擬結果顯示,原始型架在負載為最壞情況(Worst Case)的前提下,最大變形量皆在公差表分配的公差範圍內,說明此型架的設計能達到工件組裝的要求。而縮小模型的模擬結果與實驗比對,最大誤差為 -.0013”,誤差百分率為25.8%,雖已超過聯邦航空10%的標準,然而透過誤差分析可得到合理的解釋,也代表本研究的分析方式是合理且可靠的。在工件的組裝順序研究也發現,組裝過程中能夠越平均分配變形量的組裝順序將會達到越好的組裝品質,而組裝順序從中間到兩邊為最優化模式。
Over the next 20 years, the aerospace industry will bring many opportunities to the world’s economic development, particularly in Asia. Taiwan''s geographical advantage, manufacturing capacity and special government policy will bring a new competitive edge to Taiwan''s aerospace industry. However, aerospace manufacturing parts are large in size, with very tight production tolerances and low rigidity which will cause high barriers for local engineering firms to meet the challenge. An answer to this problem is found in the Assembly Jig design which has a direct impact on the production quality.
The aim of this study is to perform Finite Element Analysis of the Assembly Jig to investigate the Jig stiffness requirement, and also build a scale model test to verify the relationship between analysis and real-world outcomes. This‘Pre-analysis Method with Simplified Model’ is seen to significantly reduce the time needed to resume analysis each time a design change occurs. Finally recommendations to the assembly sequence is proposed, which can provide for a better production quality control.
From the simulation, the max displacement of Jig in the worst case is within the Tolerance Matrix requirement, which means the jig can meet the MDCD assembly requirement. The comparison between analysis and real-test based on scaled model gives -.0013” error, which is 25.8%. Although it’s over the 10% error standard from Federal Aviation Regulation, the overall results are found justifiable through the error analysis, which means the analysis method is considered reasonable and reliable. The assembly sequence which can uniformly distribute the deformation will achieve a better assembly quality. The assembly sequence from the middle to both end sides is found to be the optimized mode.
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.1.1 航太產業發展概況-世界到台灣 1
1.1.2 組裝對航太產業的重要性 3
1.1.3 波音對工具的要求 4
1.2 文獻回顧 8
1.2.1 航太型架的歷史發展 8
1.2.2 傳統型架設計方法 11
1.2.3 有限元素分析與實驗驗證 13
1.3 研究動機與目的 14
1.4 本文架構 14
第二章 以有限元素法模擬分析 16
2.1 前言 16
2.2 靜力學的有限元素法(FEM)理論 16
2.3 電腦輔助工程分析(CAE)介紹 19
2.4 CATIA 使用環境 20
2.4.1 求解器驗證 20
2.4.2 元素類型 21
2.4.3 網格規劃方法與收斂 22
2.4.4 連接類型與設定 23
第三章 原始型架FAJ模擬分析 25
3.1 前言-737-800 MDCD FAJ型架設計 25
3.2 模型建立 27
3.3 有限元模型建立 29
3.4 數值解建立 30
3.5 結果與討論 37
3.5.1 原始型架數值結果 37
3.5.2 結果討論 38
第四章 模型簡化與流程優化 39
4.1 簡化型架FAJ建立 39
4.2 有限元模型建立 40
4.3 數值解建立 40
4.4 結果與討論 42
4.4.1 模擬結果 42
4.4.2 簡化型架與原始型架的比較 43
4.5 流程簡化與優化 45
第五章 縮小模型模擬分析與實驗驗證 47
5.1 前言 47
5.2 相似理論 (Similitude Theory) 48
5.2.1 理論介紹 48
5.2.2 相似理論應用 49
5.3 模型建立 51
5.3.1 基本尺寸決定 51
5.3.2 數學模型建立 53
5.3.3 物理模型建立 53
5.4 拉力實驗設計 55
5.4.1 拉力裝置 55
5.4.2 量測手法 58
5.5 負載案例 & 順序 60
5.5.1 負載案例Load Case 60
5.5.2 不同負載順序 63
5.5.3 實驗量測位置 65
5.6 數學模型模擬 66
5.6.1 有限元模型建立 66
5.6.2 數值解建立 66
第六章 模擬與實驗結果討論 69
6.1 簡支樑Simply Supported Beam實驗 69
6.1.1 數值解析解 69
6.1.2 物理實驗 71
6.2 負載案例 74
Case 1 75
Case 2 76
6.2.1 結果討論與誤差分析 77
6.3 順序與變形的關係 80
6.3.1 不同順序模擬結果 81
6.3.2 實驗結果 83
6.3.3 五階段負載模擬值 86
6.4 連續負載分析 88
6.5 誤差討論Uncertainty quantification 89
6.5.1 實驗誤差 89
6.5.2 模擬誤差 91
第七章 結論與未來展望 93
7.1 結論 93
7.2 未來展望 94
參考文獻 95
附錄 99
附錄 A-拉力實驗BOM (Bill of Material) 99
[ 1 ] Boeing Commercial Airplanes. (2016). Boeing Current Market Outlook 2016-2035 . Retrieved from http://www.boeing.com/resources/boeingdotcom/commercial/about-our-market/assets/downloads/cmo_print_2016_final_updated.pdf
[ 2 ] Bullen, G.N, 1999. Assembly Automation and Implementation Issues. SAE Aerospace Manufacturing Technology Conference & Exposition
[ 3 ] Nee A.Y.C. Nee, K. Wyhybrew and A. Senthil Kumar 1995. Advanced Fixture Design for FMS. Springer-Verlag Lindon limited.
[ 4 ]Briand, C. et al. A tooling study to reduce the cost of aircraft manufacture. European Consortium for Advanced Training in Aerospace, Final Report, 1995.
[ 5 ] Boeing Commercial Airplanes. D33200-1 REV AP Tooling Reference.
[ 6 ] Gooch, R., 1998. Optical metrology in manufacturing automation. Sensor Review 1998 vol. 18 nr. 2
[ 7 ] Kihlman, H., 2001. “Reconfigurable Tooling for Airframe Assembly – A state-of-the-art Review of the Related Literature and a Short Presentation of a new Tooling Concept”. CIRP - 1st International Conference on Reconfigurable Tooling, Arbour, United States of America.
[ 8 ] Williams, G., Chalupa, E., Billieu, R., Murphy, J., & Swager, D. (1998). Gaugeless tooling (No. 982147). SAE Technical Paper.
[ 9 ]劉忠梁,(1994),滿足飛機裝配型架骨架剛度要求的正確途徑和方法,航空製造技術,(6),24-30。
[ 10 ] 張衛紅、羅小桃、王振培,(2009),飛機裝配工裝結構分析與優化技術,航空製造技術,(25),40-43。
[ 11 ] 李汝鵬,孫小峰,安魯陵。(2009年)。 飛機裝配型架骨架CAD技術研究與實現。 航空製造技術,(16),91-94。
[ 12 ] 江善元、劉岩、羅小桃、朱保利,「考慮變形協調的飛機裝配工裝結構輕量化設計」,南昌航空大學學報:自然科學版 25.4 (2011): 68-73。
[ 13 ] Rong, Y., Huang, S. H., & Hou, Z. (2005). Advanced computer-aided fixture design. Academic Press.
[ 14 ] 陳清松,(2004),螺旋齒輪及箱體有限元素分析及實驗,成功大學機械工程學系學位論文, 1-50。
[ 15 ] Kim, S. E., Kang, K. W., & Lee, D. H. (2003). Full-scale testing of space steel frame subjected to proportional loads. Engineering structures, 25(1), 69-79.
[ 16 ] 舒興平, 盧倍嶸, 沈蒲生, 袁智深, 姚堯, & 鄒浩. (2010). 大懸挑變截面梁折線形斜柱鋼剛架受力性能試驗研究. 建築結構學報, 31(10), 62-68.
[ 17 ] Al‐Sukhun, J., Kelleway, J., & Helenius, M. (2007). Development of a three‐dimensional finite element model of a human mandible containing endosseous dental implants. I. Mathematical validation and experimental verification. Journal of Biomedical Materials Research Part A, 80(1), 234-246.
[ 18 ] 王栢村、謝宗廷 & 曾國睿,(2011),自行車前叉之模型驗證與彎曲試驗模擬分析,機械技師學刊,4(1),20-25。
[ 19 ] 黃運琳、黃冠倫 & 周志委,(2010),運用雷射位移計量測及分析樑結構產品的動態特性,中華民國振動與噪音工程學會論文集,116-122。
[ 20 ] Michell, A. G. M., “The Limits of Economy of Material in Framed Structures,” Philosophy Magazine, Series 6, Vol. 8, pp. 589-597 (1904).
[ 21 ] Schmit, L. A., “Structural Design by Systematic Synthesis,“ Proceedings of the 2nd Conference on Electronic Computation, ASCE, New York, pp.105-122 (1960).
[ 22 ] Kincaid, R. K. and Padula, S. L., 1990, “Minimizing Distortion and Internal Forces in Truss Structure by Simulated Annealing,” Proceedings of the 30th AIAA/ASME/ASCE/ASHS/ASC Structures, Structural Material and Dynamics Conference, pp. 327-333.
[ 23 ] May, S. A. and Balling, R. J., 1992, “A Filtered Simulated Annealing Strategy for Discrete Optimization of 3D Steel Frameworks,” Structural Optimization, Vol. 4, pp. 142-148.
[ 24 ] Nielsen, R. and Sandvig, J., 1993, “Optimization of Energy Systems by Simulated Annealing,” ASNE Conference, New York, USA, pp. 321-326.
[ 25 ] Lin, C. Y. and and Jiang, J. F., 1997, “Nonconvex and Discrete Optimal Design Using Multiple State Simulated Annealing,” Structural Optimization, Vol. 14, pp. 121-128.
[ 26 ] Lin, C. Y. and Hajela, P., 1992, “Genetic Algorithms in Optimization Problems with Discrete and Integer Design Variable,” Engineering Optimization, Vol. 19, pp. 309-327.
[ 27 ] Grieson, D. E. and Pak, W. H., 1993, “Optimal Sizing, Geometrical and Topological Design Using a Genetic Algorithm,” Structural Optimization, Vol. 6, pp. 151-159.
[ 28 ] Haftka, R. T., and Grandhi, R. V., ”Structural Shape Optimization – A Survey,” Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 57, No. 1, pp. 91-106 (1986).
[ 29 ] Clough,R.W.,1960,“Finite element method in plane stress analysis”,Proceedings of the second ASCE Conference on Electronic Computation,Pittsburgh.
[ 30 ] 賴育良、林啟豪、謝忠祐,1997,「ANSYS 電腦輔助工程分析」,儒林圖書,第 5 頁~第 7 頁。
[ 31 ] Federal Aviation Administration. (2015). Finite Element Modeling and Analysis Validation
[ 32 ] 劉宏新,2015,「CATIA:工程結構分析(CAE)」,機械工業出版社。
[ 33 ] Dassault Systemes S.A. Comparison between Bolt and Virtual Spring Bolt
[ 34 ] Guide de validation des progiciels de calcul de structures, SSLL 04/89, pp.26-27, AFNOR technique 1990, SFM 10 Avenue Hoche 75008 PARIS
[ 35 ] Nader G. Zamani, University of Windsor. CATIA V5 FEA Tutorials Releases 12 & 13
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