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1、附件12012年度国家商用飞机制造工程技术研究中心创新基金项目详细介绍一、 民用飞机平尾壁板时效成形建模仿真与参数优化1. 研究目标针对民用飞机平尾壁板蠕变时效成形的工艺特性和工艺特点，建立某铝合金材料跨尺度的时效成形本构模型，构建铝合金材料时效成形有限元分析平台，分析工艺参数对时效成形的影响规律，掌握满足强度和疲劳寿命等服役性能的时效成形工艺参数和关键技术，为铝合金整体壁板时效成形的工程应用奠定基础。2. 研究内容1) 铝合金板料蠕变试验和力学性能试验，研究温度、时间和应力对时效成形后材料力学性能的影响规律，确定时效成形基本参数。2) 蠕变试验件的显微组织观察，研究时效成形过程中各向异性析出
2、硬化和相分布规律以及时效强化相体积分数及尺寸的表征方法。3) 建立力场与温度场耦合作用下蠕变-时效跨尺度数学模型，并根据试验数据拟合优化本构模型参数。4) 应用铝合金材料蠕变-时效跨尺度本构模型，建立时效成形有限元分析模型，研究温度、时间等因素对成形后板料屈服强度及回弹的影响规律。5) 进行试验和测量分析，修正本构模型以实现对成形和回弹的准确预测。3. 预期成果1) 铝合金材料跨尺度的时效成形本构模型；2) 铝合金材料时效成形有限元模型；3) 铝合金材料时效成形件的服役性能和工艺参数；4) 缩比尺寸典型样件一件；5) 培养硕士研究生 1-2名；6) 国家发明专利1项；7) 发表SCI/EI论文
3、3篇。二、 民用飞机防护涂层工艺性能与环境因素变化的关联性研究1. 研究目标综合对比研究水基防护涂料与溶剂型涂料的工艺性能。重点开展水基防护涂料的工艺性能研究，获得水基防护涂层受温湿度等环境条件影响时的涂层性能。同时针对不同表面处理工艺，研究飞机常用涂层体系性能与施工环境影响关系，依据相应的材料规范开展耐腐蚀性能、耐溶剂、粘接等性能的检测，获得施工工艺环境与性能相应关系，得到多种涂层的固化曲线。2. 研究内容1) 研究已有铬酸盐表面处理+不含铬酸盐涂层配套体系、非铬酸盐表面处理（2种以上）+无铬酸盐涂层配套体系、铬酸盐表面处理+铬酸盐涂层配套体系服役过程防腐蚀性能模拟研究，对比得出优化试验结果
4、。2) 常用涂料固化工艺与性能关系研究：研究常用的6类用途的涂层在不同的固化条件下的固化周期，并选择典型固化条件下的涂层按材料规范完成性能测试，获得有关的固化曲线和性能指标，据此给出涂层施工和固化要求；3) 水基防护涂料工艺研究：研究给定水基涂料的配比、施工环境温湿度、基底的表面处理方式对涂层性能影响，对涂层固化中的有机反应官能团的作用过程进行分析，对水分子在涂层固化过程中的挥发受环境条件的影响程度进行机理和试验研究，获得水基涂层施工环境条件。3. 预期成果1) 形成现有所用涂层施工、固化工艺与性能数据库，指导现场生产；2) 初步形成水基涂料应用性能评价方法；3) 培养硕士研究生 1-2名；4
5、) 国家发明专利1项；5) 发表SCI/EI论文3篇。三、 铝锂合金成形及热处理工艺对疲劳性能的影响研究1. 研究目标针对铝锂合金材料特性及其在大型客机上应用的特点，研究钣金成形、热处理过程中新型铝锂合金在温度场-应力场-应变场中的组织演变和相析出行为规律，获得析出相、材料加工工艺对疲劳性能的影响规律，建立热处理工艺参数、钣金成形变形量与新型铝锂合金疲劳性能之间的映射关系，并在研究断裂行为和疲劳特性的基础上，提出铝锂合金薄板的损伤容限评价机制；初步探索时效成形中新型铝锂合金的热场参数、形变行为。2. 研究内容1) 研究新型铝锂合金成型加工-热处理过程中组织演变、相析出行为对新型铝锂合金强塑性匹
6、配的促进机制与协调控制。2) 建立科学的铝锂合金薄板断裂韧性评价方法；并在研究其疲劳特性的基础上，建立和完善新型铝锂合金薄板的损伤容限评价体系；研究热处理过程组织演变、相析出行为对新型铝锂合金断裂行为、疲劳特性的影响机制。探索热处理过程的温度场-应力场-应变场，组织演变、相析出行为，与损伤容限三者之间的交互影响规律与控制机制。3) 系统研究大飞机用新型铝锂合金时效成形的加热速率、加热时间、保温时间等热场参数对微观组织尤其对T1相(Al2CuLi)、相(Al3Li)及相(Al2Cu)等强化相析出的影响。建立起时效成形的热场参数、形变行为和新型铝锂合金薄板损伤容限间的协调控制机制。3. 预期成果1
7、) 获得新型铝锂合金最优的固溶和时效工艺制度；2) 获得热处理过程的组织演变和相析出行为与损伤容限之间的影响规律，提出新型铝锂合金薄板的损伤容限评价体系；3) 培养硕士研究生 1-2名；4) 国家发明专利1项；5) 发表SCI/EI论文3篇。四、 飞机铝合金壁板胶接工艺研究1. 研究目标针对民用飞机局部位置铝合金壁板结构，开展以蒙皮与桁条胶接工艺为主的壁板胶接工艺研究，以摸索铝合金胶接工艺的基本机理、挖掘影响胶接结质量的关键工艺参数、探索胶接壁板检测与评价准则，初步确定其工艺参数窗口，并初步研究出飞机铝合金胶接壁板典型件。2. 研究内容1) 飞机铝合金壁板胶接工艺机理研究；2) 蒙皮桁条胶接预
8、备工艺研究；3) 胶黏剂喷涂工艺研究；4) 飞机铝合金壁板胶接固化工艺优化；5) 飞机铝合金胶接壁板典型件研制；6) 飞机胶接金属壁板检测与评价准则探索。3. 预期成果1) 形成研究报告3份；民用飞机铝合金胶接壁板工艺过程微观机理研究报告不同工艺参数对壁板胶接性能的影响规律研究民用飞机铝合金胶接壁板检测与评价方案分析2) 培养硕士研究生 1-2名；3) 国家发明专利1项；4) 发表SCI/EI论文3篇。五、 飞机蒙皮镜像铣削加工机理及无划痕支撑关键技术研究1. 研究目标针对飞机蒙皮大而薄、形状复杂、刚性差易变形、铣切加工中容易振颤导致加工精度和表面质量差，工件变形让刀导致切削厚度无法控制的难题
9、，根据镜像铣削方法的工艺特点，系统研究镜像铣削加工中加工载荷的变化规律和影响因素、确定不同载荷和支撑方式下工件变形规律和切削机理。在此基础上开发能够实现稳定支撑且不会在工件表面形成划痕的镜像支撑系统，并开展飞机蒙皮试样镜像铣削加工试验。研究结果为镜像铣削工艺研究镜像铣削装备开发提供基础理论和关键技术支持。2. 研究内容1) 飞机蒙皮材料镜像铣削加工机理研究。开展镜像铣削加工试验，分析不同加工条件下的加工精度和表面质量，确定镜像铣削加工切削机理。2) 镜像铣削支撑系统的支撑力与切削载荷的匹配关系和控制方法研究。分析镜像支撑条件下铣刀和工件材料间的切削载荷作用规律，研究工件变形特征和影响因素，确定
10、镜像支撑系统支撑方式、支撑力与切削载荷之间的匹配关系和控制方法。3) 无划痕镜像支撑系统研制。针对飞机蒙皮镜像铣削加工的特点和要求，突破无划痕镜像支撑技术难题，开发满足镜像铣削镜像支撑功能且不会划伤擦伤工件表面的镜像支撑系统。3. 预期成果1) 揭示铝板镜像铣削加工精度、表面质量的影响因素和影响规律，确定铝板镜像铣削加工载荷变化规律和切削加工材料去除机理；2) 确定铣削支撑系统刚度和切削载荷的匹配关系和控制方法；3) 研制出用于飞机蒙皮镜像铣削的无划痕镜像支撑系统；4) 培养硕士研究生 1-2名；5) 国家发明专利1项；6) 发表SCI/EI论文3篇。六、 飞机数字化装配柔性工装的拓扑优化设计
11、方法与应用技术1. 研究目标以提高飞机数字化装配柔性工装结构的静动态力学性能（刚度、固有频率、屈曲荷载等）、降低装配工装设计与制造的成本和研发周期为目标，研究和发展考虑装配工艺性能目标和约束条件的柔性工装结构拓扑优化模型和关键算法，并发展构件装配中考虑不确定性的结构拓扑优化设计方法。该项目研究成果将推进拓扑优化设计这一先进方法在飞机装配工装设计中的应用，也将辐射至飞机关键承载构件的数字化设计与制造的前沿研究。2. 研究内容1) 以飞机部件数字化装配工艺性能（刚度、固有频率、屈曲荷载等）为设计目标和约束条件的柔性工装结构拓扑优化问题的建模；2) 复杂形体拓扑优化设计中准确描述边界形状的节点密度变
12、量方法及自适应拓扑优化技术；3) 飞机部件装配中不确定性载荷的表征方法；4) 考虑装配过程中载荷不确定性的结构鲁棒性和可靠性拓扑优化问题的约束正则化方法；5) 飞机数字化装配柔性工装结构拓扑优化的典型应用案例。3. 预期成果1) 发展适用于飞机数字化装配工装的先进拓扑优化设计方法与应用技术，研究水平达到国际先进水平；2) 与工程研究部门合作，完成典型工装结构拓扑优化设计的应用案例;3) 培养硕士研究生 1-2名；4) 国家发明专利1项5) 发表SCI/EI论文3篇。七、 翼身对接柔性钻模板的研制与开发1. 研究目标针对ARJ-700飞机的翼身对接，开发一套可工程化应用的柔性钻模板。要求钻模板能
13、够满足大部件不同交付状态下翼身对接中的制孔需求，保证制孔精度以及孔边距符合设计要求。2. 研究内容1) 钻模板及其柔性机构设计与优化；2) 柔性钻模板的精度与可靠性分析；3) 基于柔性钻模板的制孔工艺研究。3. 预期成果1) 柔性钻模板设计与优化方法，以及设计图纸；2) 可工程化应用的柔性钻模板；3) 钻模板的工程化应用方案；4) 培养硕士研究生 1-2名；5) 国家发明专利1项；6) 发表SCI/EI论文3篇。八、 基于iGPS的大型飞机部段对接装配技术1. 研究目标针对大型飞机部段对接开展基于iGPS的数字化测量与定位技术研究，打通iGPS系统在机身对接过程中的应用方法，制定部段位置、姿态
14、信息的测量方案，建立基于iGPS的大型飞机对接测量原型系统，实现多点实时测量，并与现有的测量方案进行对比分析，为实现大型飞机数字化总装生产线提供技术支持。2. 研究内容1) iGPS组网与标定技术。根据测量范围与精度要求，研究iGPS发射器布置方案、快速组网及精度标定技术。 2) 基于iGPS的大型飞机部段对接关键特征控制与协调技术。通过研究大型飞机部段对接装配过程，确定基于iGPS对接装配的关键特征，制定基于iGPS的对接装配协调总体方案。 3) 基于iGPS的实时测量方案设计与验证技术。基于已经确定的关键特征和总体协调方案，针对部段对接过程中的测点布局、数据获取与拟合方案进行快速设计。并与
15、原有使用激光跟踪仪、准直仪等设备测量结果进行比较，从测量数据的有效性、精度、效率等方面验证iGPS测量技术的先进性。3. 预期成果1) iGPS组网与标定方法技术报告；2) 基于iGPS的大飞机对接关键特征与协调技术报告；3) 基于iGPS的大型飞机对接测量原型系统，具有测量系统的标定、测量数据处理及输出等功能；4) 培养硕士研究生 1-2名；5) 国家发明专利1项；6) 发表SCI/EI论文3篇。九、 引入装配力的飞机柔性件装配偏差建模与统计分析技术1. 研究目标深入分析零件制造、定位与工装等误差源在不同装配阶段的几何作用和力学行为，研究建立接触力、压紧力和回弹力模型；揭示零件制造误差规律，建立典型成形工艺下的几何协方差模型；探索典型装配定位下偏差的形成机理，建立多误差源耦合作用的装配偏差模型；面向多工位装配，考虑工件重定位误差影响，建立多工位装配偏差传递模型，为飞机柔性件装配偏差分析与控制提供重要理论和技术支撑。2. 研究内容1) 基于接触状态检测的接触力建模、求解方法；2) 典型成形工艺下飞机柔性件的形状误差规律和几何协方差建模技术；3) 复杂装配力和多误差源对飞机柔性件装配偏差的耦合作用机制和偏差统计分析技术；4) 多工位装配过
