تحليل تلرانسي سازه هاي ورقي انعطاف پذير با درنظرگرفتن اثرات تماس متقابل و پيوستگي سطح ورق ها

Tolerance analysis of flexible sheet metal structures including effects of contact interaction and surface continuity of components

در يك مجموعه مكانيكي، وجود خطاهاي ناشي از ساخت قطعات و يا فرايند مونتاژ، مي تواند باعث تغييرات زيادي در مجموعه نهايي نسبت به مدل ايده آل شده و بر كيفيت و عملكرد آن تاثيرگذار باشد. در سازه هاي ورقي فلزي، به دليل انعطاف پذيري زياد ورق ها، خطاهايي كه به هنگام مونتاژ رخ مي دهد، به اندازه خطاهاي ناشي از تلرانس توليدي ورق ها تاثيرگذار هستند؛ لذا در اختيار داشتن مدلي جامع كه بتواند فرايند مونتاژ اين سازه ها را تحليل و ارتباط بين تلرانس قطعات و تغييرات نهايي مجموعه را بيان نمايد، بسيار حايز اهميت است. اما بايد به اين نكته نيز توجه داشت كه فرايندهاي مونتاژ معمولاً پيچيده و ذاتاً غيرخطي هستند. مهم‌ترين عاملي كه باعث غيرخطي شدن فرايند مونتاژ سازه هاي ورقي مي شود، تماس متقابل سطوح با يكديگر در حين مونتاژ مي باشد. ناديده گرفتن اين اثر و بيان فرايند مونتاژ صرفاً بر اساس رابطه خطي نيرو-جابجايي منجر به تداخل ورق ها در مدل و بروز اختلافات زياد بين نتايج تيوري و عملي خواهد شد. فاكتور مهم ديگر در تحليل تلرانسي سازه هاي ورقي، پيوستگي سطح ورق هاست كه باعث ايجاد ارتباطي متقابل بين تغييرشكل نقاط مختلف يك ورق مي شود. هدف از اين مقاله ارايه روشي جديد در تحليل تلرانسي سازه هاي ورقي فلزي انعطاف-پذير است كه در آن تحليل اجزاي محدود غيرخطي با شكل بهبوديافته تحليل آماري بدون حساسيت تركيب مي شود تا بتواند اثرات تماس متقابل و پيوستگي سطح ورق‌ها را در نظر گرفته و خطاي حاصل در مجموعه مونتاژي را محاسبه نمايد. دقت اين روش نيز به كمك نتايج بدست آمده از آزمايش و شبيه سازي مونت كارلو تاييد شده است.

In a mechanical assembly, errors arising from part manufacturing or assembly process may cause significant variation in final assembly with respect to the ideal model and affect the quality and performance of product. In sheet metal products due to high order of compliancy of components, errors generated during assembly process are as important as parts’ manufacturing tolerances. Therefore, it is crucial to have a comprehensive model in order to analyze the assembly process of these structures and represent the relationship between part tolerances and final assembly errors. However, it should be noted that assembly processes are often complex and nonlinear in nature. In sheet metal structures, the most important factor that makes the assembly process nonlinear is contact interaction between mating parts during assembly. If this factor is disregarded and the assembly process is only represented based on linear force-displacement relationship, the model will result in part penetration and a remarkable difference between theoretical and experimental results will occur. Another important feature in sheet metal tolerance analysis is the surface continuity of components which makes the deformation of the neighboring points of a plate correlated. This paper aims to present a new methodology for tolerance analysis of compliant sheet metal assemblies in which a nonlinear finite element analysis is integrated with improved sensitivity-free probability analysis in order to account for effects of contact interaction and surface continuity of components and calculate the assembly error. The accuracy of this approach is confirmed by an experimental case study and Monte Carlo simulation.