前言
由于型架结构本身的复杂性，在以往设计中，XAC设计人员凭借经验进行极为粗略的刚度近似计算，致使型架结构设计存在一些不合理的现象。如有些型架结构愈来愈粗笨，给制造与使用带来了很大的困难;而有些型架又由于刚性不足而引起整台工装的报废。因此，很有必要对型架进行结构分析，进行精确刚度计算。
随着计算机技术的发展和广泛应用，有限元法的出现，完全可以解决此类大型复杂的数值分析。有限元法是工程方法和数学方法相结合的产物，可以求解许多过去用解析方法无法求解的问题，是一种非常有效的现代结构分析方法。在用有限元法分析时，需要处理大量的数据，用人工手算难度很大，因此必须借助于计算机。
虽然XAC是航空工业系统中计算机技术应用较早的企业，但直至最近五、六年才把CAD技术运用于型架设计中。由于其发展迅速，目前XAC工装设计人员已全部采用计算机进行型架的设计。把CAD技术运用于型架的设计中，显著的提高了型架的设计质量，缩短了型架的研制周期。XAC通过在737-700垂尾和某新机工装研制中采用CAD技术，取得了显著的经济效益。但目前XAC把计算机仅用于型架的结构设计，型架结构分析方面仍是一个空白，迫切需要在型架结构分析方面做些研究。
XAC型架设计的软件平台是CATIA，因此，针对XAC型架结构分析系统的建立，势必需要基于CATIA软件平台，运用有限元的方法进行分析。本文就型架结构的离散、基于CATIA的有限元建模、有限元法分析的方法及程序设计等几个问题展开论述。
第1章型架设计中计算机辅助分析的目的和研究现状
.型架刚度计算的意义
在飞机的制造中，装配型架是保证飞机装配准确度和协调准确度的‘类重要工艺装备。装配型架在飞机装配过程中所起的作用是:保证进入型架的低刚度飞机零件、装配件能准确的定位、夹紧，并保证装配件有正确的几何形状，使装配后的装配件的几何形状及尺寸在规定的公差范围内，以满足产品的制造准确度及协调互换性。由于大部分飞机结构零件是饭金件，这些零件形状复杂，尺寸大，刚度小，很容易产生变形。因此，飞机制造的准确度在很大程度上取决于装配的准确度。在装配时，必须使用复杂的装配型架来保证装配的准确度。
装配型架在飞机生产过程中占有很重要的地位，装配型架的定位准确度对飞机的质量起着举足轻重的作用，直接影响到能否装配出合格的产品。装配型架结构的一个重要质量指标是结构要有足够的刚性与稳定性，以满足产品制造与安装的精度要求，保证产品装配协调与互换。为了保证型架既有足够的刚度，又不过于笨重，就需要对型架进行结构分析，以对其进行刚度计算。
影响型架刚度、稳定性和精度的因素有:
·骨架结构刚度
·温度变化
·外载荷
·地基变形
·加工及安装精度
在型架的设计制造过程中，对以上各种因素分别采用以下方法处理，以保证型架的刚度、稳定性和精度要求:
1型架设计时，其骨架结构要有足够的刚度，计算出的挠度值应不超过允许的变形值。一般对精度要求高的型架，挠度值不应超过0.1毫米;中等要求的型架，如某些机身型架，壁板型架，不应超过0.2毫米;要求较低的型架，如内形板结构的板件型架等，不应超过0.3毫米详见参考资料
2为减少温度变化对型架精度的影响，在型架设计上采取如下措施:减少不同材料的尺寸移制环节(相关两部件的工艺装备，所用材料原则上应一致;标准工艺装备同生产工艺装备，其所用材料原则上应一致);型架的局部构件采用同产品线性膨胀系数相近的材料制造(即膨胀件)，定位部位附于其上;游动定位。在进行型架安装时，要对温度变化引起的型架变形进行补偿。
第二章 型架结构离散化模.............. 13-19
2．1 结构离散化的.............. 13
2．2 型架结构的离散.............. 13-17
2．2．1 型架结构体.............. 14-15
2．2．2 作用于型架结构.............. 15-16
2．2．3 型架边界条件.............. 16-17
2．3 插值.............. 17-19
第三章 基于CATIA的系统开发.............. 19-26
3．1 CATIA简介及基于CATIA.............. 19-22
3．1．1 CATIA简介.............. 19
3．1．2 基于CATIA的应用.............. 19-22
3．2 应用程序界面的.............. 22-23
3．2．1 概述.............. 22
3．2．2 简介.............. 22-23
3．2．3 Motif应用程序界面.............. 23
3．3 基于CATIA的功能与信息.............. 23-26
第四章 型架结构分析的有限元计算.............. 26-39
4．1 计算原理和分析过程.............. 26-27
4．1．1 计算原理.............. 26-27
4．1．2 分析过程.............. 27
4．2 计算方法.............. 27-39
4．2．1 局部坐标系下.............. 27-29
4．2．2 坐标转换矩阵.............. 29-31
4．2．3 整体刚度阵的.............. 31-32
4．2．4 约束自由度的.............. 32
4．2．5 温度载荷的计算.............. 32-35
4．2．6 边界条件的.............. 35-37
4．2．7 等效结点载荷.............. 37-38
4．2．8 平衡方程的解.............. 38-39
结束语
型架是飞机装备和检验等不可缺少的工艺设备,它在飞机生产过程中占有很重要的地位。型架的刚性与稳定性是型架结构的一个重要质量指标。但由于型架结构的复杂性，过去只能用传统方法进行极为粗略的近视计算或估算。因此，很有必要对型架刚度进行精确计算，这对提高工装的设计质量，缩短工装的研制周期从而缩短整个飞机的研制周期都很有意义。
本文就基于CATIA三维实体模型的型架刚性的计算机辅助分析作了一些探讨。
1.研究了型架结构模型的离散化
论述了型架结构模型离散化的一般原则，研究了对型架结构体，作用于型架上的各种载荷及边界条件进行有限元离散化的方法。