基于MBD的飛機結構件重量計算

劉木君+張石柱

摘 要：文章基于MBD的三維數字化設計方法，利用CATIA軟件的參數化功能及二次開發，提出飛機結構件重量計算及統計新的實現方法，該方法可以大幅度減少設計工作量，提高工作效率，提高重量計算結果的準確性，進而縮短產品的研發周期。

關鍵詞：重量計算；MBD；建模；參數化

1 概述

傳統的飛機結構件重量計算，采用人工計算或估算的方式，近些年隨著CATIA三維設計軟件的普遍應用，已多采用軟件測量的方式，但仍離不開工程設計人員的人工過程。文章在傳統的重量計算方法上，提出基于MBD的重量計算實現方法。

2 零件重量計算

2.1 零件建模

所有結構零件應當建立基于CATIA的三維數模，零件數模要真實準確，應具備所有細節特征，如圓角、加強槽、減輕孔、下陷、凸臺等。有閉角殘余的機加件，需按布爾運算去材料的方式建模以實現閉角殘余的特征。鈑金件盡量采用鈑金模塊進行建模，鈑金特征需符合標準。

2.2 零件重量計算方法

在完整的零件生產周期內，零件重量計算除考慮原材料、加工的影響，還應考慮二者的公差，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；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，可自動與零件三維模型關聯，獲取正確的模型體積與表面積數據。零件材料密度ρ與材料庫數據關聯，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

公差修正系數K默認為1。當零件為鈑金件，并選取執行GB3194標準的國產鋁合金板材時，K值需按公差中值[1]進行修正，具體可參考表1，較小的零件按板寬1200mm取系數。

表1 國產鋁合金板材公差修正系數

當零件為機加件，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并修改模型中相應參數。例如一個機加件壁厚為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

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

4 重量統計及導出

基于VPM系統的屬性映射可將CATIA模型中的零件重量、漆的重量、重心值以及慣量值以EBOM表的方式導出，可便于統計及重量數據管理。

5 結束語

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

參考文獻

[1]重量平衡與控制[M].飛機設計手冊，北京：航空工業出版社，1999.

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

[3]劉曉艷.飛機結構件、噴漆、密封劑和緊固件重量計算[J].科技創新與應用，2012（25）.

摘 要：文章基于MBD的三維數字化設計方法，利用CATIA軟件的參數化功能及二次開發，提出飛機結構件重量計算及統計新的實現方法，該方法可以大幅度減少設計工作量，提高工作效率，提高重量計算結果的準確性，進而縮短產品的研發周期。

關鍵詞：重量計算；MBD；建模；參數化

1 概述

傳統的飛機結構件重量計算，采用人工計算或估算的方式，近些年隨著CATIA三維設計軟件的普遍應用，已多采用軟件測量的方式，但仍離不開工程設計人員的人工過程。文章在傳統的重量計算方法上，提出基于MBD的重量計算實現方法。

2 零件重量計算

2.1 零件建模

所有結構零件應當建立基于CATIA的三維數模，零件數模要真實準確，應具備所有細節特征，如圓角、加強槽、減輕孔、下陷、凸臺等。有閉角殘余的機加件，需按布爾運算去材料的方式建模以實現閉角殘余的特征。鈑金件盡量采用鈑金模塊進行建模，鈑金特征需符合標準。

2.2 零件重量計算方法

在完整的零件生產周期內，零件重量計算除考慮原材料、加工的影響，還應考慮二者的公差，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；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，可自動與零件三維模型關聯，獲取正確的模型體積與表面積數據。零件材料密度ρ與材料庫數據關聯，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

公差修正系數K默認為1。當零件為鈑金件，并選取執行GB3194標準的國產鋁合金板材時，K值需按公差中值[1]進行修正，具體可參考表1，較小的零件按板寬1200mm取系數。

表1 國產鋁合金板材公差修正系數

當零件為機加件，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并修改模型中相應參數。例如一個機加件壁厚為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

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

4 重量統計及導出

基于VPM系統的屬性映射可將CATIA模型中的零件重量、漆的重量、重心值以及慣量值以EBOM表的方式導出，可便于統計及重量數據管理。

5 結束語

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

參考文獻

[1]重量平衡與控制[M].飛機設計手冊，北京：航空工業出版社，1999.

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

[3]劉曉艷.飛機結構件、噴漆、密封劑和緊固件重量計算[J].科技創新與應用，2012（25）.

摘 要：文章基于MBD的三維數字化設計方法，利用CATIA軟件的參數化功能及二次開發，提出飛機結構件重量計算及統計新的實現方法，該方法可以大幅度減少設計工作量，提高工作效率，提高重量計算結果的準確性，進而縮短產品的研發周期。

關鍵詞：重量計算；MBD；建模；參數化

1 概述

傳統的飛機結構件重量計算，采用人工計算或估算的方式，近些年隨著CATIA三維設計軟件的普遍應用，已多采用軟件測量的方式，但仍離不開工程設計人員的人工過程。文章在傳統的重量計算方法上，提出基于MBD的重量計算實現方法。

2 零件重量計算

2.1 零件建模

所有結構零件應當建立基于CATIA的三維數模，零件數模要真實準確，應具備所有細節特征，如圓角、加強槽、減輕孔、下陷、凸臺等。有閉角殘余的機加件，需按布爾運算去材料的方式建模以實現閉角殘余的特征。鈑金件盡量采用鈑金模塊進行建模，鈑金特征需符合標準。

2.2 零件重量計算方法

在完整的零件生產周期內，零件重量計算除考慮原材料、加工的影響，還應考慮二者的公差，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；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，可自動與零件三維模型關聯，獲取正確的模型體積與表面積數據。零件材料密度ρ與材料庫數據關聯，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

公差修正系數K默認為1。當零件為鈑金件，并選取執行GB3194標準的國產鋁合金板材時，K值需按公差中值[1]進行修正，具體可參考表1，較小的零件按板寬1200mm取系數。

表1 國產鋁合金板材公差修正系數

當零件為機加件，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并修改模型中相應參數。例如一個機加件壁厚為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

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

4 重量統計及導出

基于VPM系統的屬性映射可將CATIA模型中的零件重量、漆的重量、重心值以及慣量值以EBOM表的方式導出，可便于統計及重量數據管理。

5 結束語

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

參考文獻

[1]重量平衡與控制[M].飛機設計手冊，北京：航空工業出版社，1999.

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

[3]劉曉艷.飛機結構件、噴漆、密封劑和緊固件重量計算[J].科技創新與應用，2012（25）.