火箭贮箱是火箭箭体的核心承载结构,主要由多个薄壁筒段对接拼装而成,具有大尺寸、弱刚度、易变形的结构特点。目前,我国火箭贮箱的制造模式主要采用卧式装配方式,贮箱轴线呈水平状态,薄壁筒段横向对接拼装。由于受重力作用,薄壁筒段在竖直方向易出现较大变形,影响贮箱的制造精度。而且随着贮箱直径增大,这种影响愈加显著。为了降低结构重力对薄壁筒段装配精度的影响,提高贮箱制造质量,立式装配成为大直径贮箱制造的新工艺。根据火箭贮箱立式装配的工艺要求,上海交通大学研制了火箭贮箱立式焊装实验样机,由“内撑+外压”夹具实现薄壁筒段的定位和装夹,通过自动对中实现两个筒段对接,最终经搅拌摩擦焊实现两个筒段的连接装配。在薄壁筒段装夹过程中,筒段受“内撑外压”夹具多点装夹作用,而夹具自身又存在弹性变形,在顶锻力的作用下,筒段变形复杂,这是筒段对接工艺设计面临的第一个问题;在对接过程中,圆柱筒段对接特征难以确定,且装夹变形会造成筒段对接特征的变化,对接后如何保证两筒段几何位姿是对接工艺需要解决的另一个问题。本文以贮箱立式焊装实验样机为对象,建立了“内撑外压”夹具的刚度模型,并考虑夹具刚度的影响分析了薄壁筒段的校形力和装夹变形特性;提出了薄壁筒段对接特征提取方法和对接几何评价指标,建立了考虑装夹偏差补偿的位姿调整量确定方法,编制了实验样机的筒段立式对接装配的工艺程序,并在实验样机上展开了实验验证。主要完成了以下工作:1.提出了“内撑外压”夹具刚度建模方法,并根据夹具刚度,建立了薄壁筒段装装夹过程有限元模型。基于子结构法分析“内撑外压”夹具的弹性环节,分别建模并组集成夹具的刚度模型。建立了考虑夹具弹性的薄壁筒段装夹过程有限元模型,并针对两种常见的筒段初始制造偏差形式,分析了装夹过程中的校形力和装夹变形分布规律。2.提出了考虑装夹偏差补偿的薄壁筒段对接方法。基于筒段端面和圆柱轴线两个对接特征,建立了对接几何特征综合评价指标;针对后续装夹变形造成对接特征偏离的问题,基于薄壁筒段装夹变形有限元模型,提出了考虑装夹变形的几何特征综合评价指标。通过迭代式的求解算法,确定筒段最佳相对位姿调整量。3.针对上海交通大学研制的火箭贮箱立式焊装实验样机,编写了薄壁筒段立式对接装夹过程工艺控制程序,以直径2250mm贮箱筒段为对象开展立式装夹、对接工艺实验,验证了薄壁筒段立式对接新工艺的有效性。本文探讨了考虑夹具弹性的筒段过约束装夹变形规律,形成了薄壁筒段立式对接、装夹的新工艺并通过工艺实验进行了验证。