一种不改变界面连接刚度的内力提取方法技术

本发明专利技术术语提取方法，具体涉及一种不改变界面连接刚度的内力提取方法。它包括：步骤一：判断计算量；当计算规模较小时执行步骤二，否则执行步骤三，步骤二：GPFORCE法提取内力，计算出内力后结束本方法，步骤三：基于界面物理信息的内力求解，计算整体刚度阵，计算物理位移矩阵，计算节点力矩阵，将节点力矩阵合并为指定界面所计算的内力。本发明专利技术的效果是：通用性强，效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种不改变界面连接刚度的内力提取方法
本专利技术术语提取方法，具体涉及一种不改变界面连接刚度的内力提取方法。
技术介绍
为提高上面级载荷设计精度，需在动力学响应计算中提取关心的上面级内部截面载荷。对于刚度较大的部段连接面如上面级/基础级界面，可采用MPC和刚性短梁方式，通过输出梁单元力或MPC节点力获取截面载荷。然而对于局部刚度较弱的部段连接面如多支耳悬吊贮箱，若采用Nastran中的GPFORCE功能可直接提取界面力，但当对接面节点较多、计算规模较大时往往无法得出计算结果；若采用MPC处理，方便截面载荷提取但会大大刚化局部连接刚度，导致有限元模型模拟的局部连接与真实产品差别较大，载荷计算结果错误不可用。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术缺陷，提供一种不改变界面连接刚度的内力提取方法。本专利技术的技术方案是：一种不改变界面连接刚度的内力提取方法，包括下述步骤：步骤一：判断计算量当计算规模较小时执行步骤二，否则执行步骤三，步骤二：GPFORCE等方法提取内力应用MSC/NASTRAN直接输出界面的单元力(ELMENTFORCE)、单节点力(MPCFORCE)、多节点力(GPFORCE)，获取所需界面内力，计算出内力后结束本方法，步骤三：基于界面物理信息的内力求解S01：首先确定需提取内力的界面，可以是一个，也可以是多个，如有效载荷/火箭界面、卫星支架/筒段界面、贮箱支架界面等，S02：依次选择关心界面上的所有节点(节点集1)、与界面节点直接相连且靠近分支一侧的单元(单元集1)、与单元集1相关联的全部节点(节点集2)，所述的节点和单元是有限元领域的通用术语，节点和单元之间存在映射关系，节点和界面也存在映射关系，S03：将步骤S02选出的全部节点(节点集2)统一到全局坐标系下，并按由小到大的顺序输出节点集2的节点序号、节点编号及节点坐标值，节点序号应为从1开始的正整数，节点坐标应在全局坐标系下；本步骤得到节点全局坐标值，S04：由节点和单元的映射关系，提取出节点对应的单元，在单元的基本信息中提取出单元的整体刚度信息，然后建立刚度信息与节点的对应关系，将该对应关系排列为矩阵形式，矩阵按照节点排序从小到大的顺序排列，该矩阵为整体刚度阵，S05：计算节点集2的物理位移值，上述两种方法均是本领域技术人员通过现有技术可以实现的，本步骤计算得到物理位移矩阵，S06：将步骤S04中得到的整体刚度矩阵和步骤S05计算得到的物理位移矩阵叉乘，得到节点力矩阵，S07：根据步骤S03得到的节点全局坐标值，以及节点和界面的对应关系，将S06步骤得到的节点力矩阵合并为界面的所有节点的合力，该所述的合力包括一个轴力、两个剪力、一个扭矩、两个弯矩，上述六个力即为所求的内力。如上所述的一种不改变界面连接刚度的内力提取方法，其中，所述的步骤一中，所述的计算规模较小是指输出节点为20个以下，单个节点时间点输出少于3000个，自由度为20万以下的情况。如上所述的一种不改变界面连接刚度的内力提取方法，其中，所述的步骤S05中，物理位移值该位移值通过物理方法求解，或者通过数学模型求解，所述的物理方法是通过MSC/Nastran瞬态响应计算法直接获取节点物理位移，所述的数学方法是由广义数学模型和广义位移转换矩阵反推出节点物理位移。本专利技术的显著效果是：①通用性—不需要对局部对接面进行特殊处理，载荷提取界面的单元可为壳、体、梁、MPC等，模型简化更接近真实结构，也不需要更改节点编号；②高效性—由于内力计算时仅需提取与对接面节点直接连接的单元物理信息，计算规模小；同时界面点响应可通过广义数学模型进行转化，在保证精度的前提下进一步减小了求解时间，总计算时间减小至少70％，计算工况越多效果越明显。具体实施方式一种不改变界面连接刚度的内力提取方法，包括下述步骤：步骤一：判断计算量当计算规模较小时执行步骤二，否则执行步骤三。所述的计算规模较小是指输出点为20个以下，单个节点时间点输出少于3000个，自由度为20万以下的情况。步骤二：GPFORCE法提取内力应用MSC/NASTRAN直接输出界面的单元力(ELMENTFORCE)、单节点力(MPCFORCE)、多节点力(GPFORCE)，获取所需界面内力。计算出内力后结束本方法。步骤三：基于界面物理信息的内力求解S01：首先确定需提取内力的界面(也称关心界面)，可以是一个，也可以是多个。如有效载荷/火箭界面、卫星支架/筒段界面、贮箱支架界面等。S02：依次选择关心界面上的所有节点(节点集1)、与界面节点直接相连且靠近分支一侧的单元(单元集1)、与单元集1相关联的全部节点(节点集2)。所述的节点和单元是有限元领域的通用术语，节点和单元之间存在映射关系，节点和界面也存在映射关系。S03：将步骤S02选出的全部节点(节点集2)统一到全局坐标系下，并按由小到大的顺序输出节点集2的节点序号、节点编号及节点坐标值，节点序号应为从1开始的正整数，节点坐标应在全局坐标系下；本步骤得到节点全局坐标值。S04：由节点和单元的映射关系，提取出节点对应的单元，在单元的基本信息中提取出单元的整体刚度信息，然后建立刚度信息与节点的对应关系，将该对应关系排列为矩阵形式，矩阵按照节点排序从小到大的顺序排列，该矩阵为整体刚度阵。S05：计算节点集2的物理位移值。该位移值可以通过物理方法求解，也可以通过数学模型求解。所述的物理方法是通过MSC/Nastran瞬态响应计算法直接获取节点物理位移，所述的数学方法是由广义数学模型和广义位移转换矩阵反推出节点物理位移。上述两种方法均是本领域技术人员通过现有技术可以实现的。本步骤计算得到物理位移矩阵。S06：将步骤S04中得到的整体刚度矩阵和步骤S05计算得到的物理位移矩阵叉乘，得到节点力矩阵。S07：根据步骤S03得到的节点全局坐标值，以及节点和界面的对应关系，将S06步骤得到的节点力矩阵合并为界面的所有节点的合力，该所述的合力包括一个轴力、两个剪力、一个扭矩、两个弯矩。上述六个力即为所求的内力。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不改变界面连接刚度的内力提取方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤一：判断计算量当计算规模较小时执行步骤二，否则执行步骤三，步骤二：GPFORCE法提取内力应用MSC/NASTRAN直接输出界面的单元力(ELMENT FORCE)、单节点力(MPC FORCE)、多节点力(GPFORCE)，获取所需界面内力，计算出内力后结束本方法，步骤三：基于界面物理信息的内力求解S01：首先确定需提取内力的界面，可以是一个，也可以是多个，如有效载荷/火箭界面、卫星支架/筒段界面、贮箱支架界面等，S02：依次选择关心界面上的所有节点(节点集1)、与界面节点直接相连且靠近分支一侧的单元(单元集1)、与单元集1相连单元相关联的全部节点(节点集2)，所述的节点和单元是有限元领域的通用术语，节点和单元之间存在映射关系，节点和界面也存在映射关系，S03：将步骤S02选出的全部节点(节点集2)统一到全局坐标系下，并按由小到大的顺序输出节点集2的节点序号、节点编号及节点坐标值，节点序号应为从1开始的正整数，节点坐标应在全局坐标系下；本步骤得到节点全局坐标值，S04：由节点和单元的映射关系，提取出节点对应的单元，在单元的基本信息中提取出单元的整体刚度信息，然后建立刚度信息与节点的对应关系，将该对应关系排列为矩阵形式，矩阵按照节点排序从小到大的顺序排列，该矩阵为整体刚度阵，S05：计算节点集2的物理位移值，上述两种方法均是本领域技术人员通过现有技术可以实现的，本步骤计算得到物理位移矩阵，S06：将步骤S04中得到的整体刚度矩阵和步骤S05计算得到的物理位移矩阵叉乘，得到节点力矩阵，S07：根据步骤S03得到的节点全局坐标值，以及节点和界面的对应关系，将S06步骤得到的节点力矩阵合并为界面的所有节点的合力，该所述的合力包括一个轴力、两个剪力、一个扭矩、两个弯矩，上述六个力即为所求的内力。...

【技术特征摘要】
1.一种不改变界面连接刚度的内力提取方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤一：判断计算量当计算规模较小时执行步骤二，否则执行步骤三，步骤二：GPFORCE法提取内力应用MSC/NASTRAN直接输出界面的单元力(ELMENTFORCE)、单节点力(MPCFORCE)、多节点力(GPFORCE)，获取所需界面内力，计算出内力后结束本方法，步骤三：基于界面物理信息的内力求解S01：首先确定需提取内力的界面，可以是一个，也可以是多个，如有效载荷/火箭界面、卫星支架/筒段界面、贮箱支架界面等，S02：依次选择关心界面上的所有节点(节点集1)、与界面节点直接相连且靠近分支一侧的单元(单元集1)、与单元集1相连单元相关联的全部节点(节点集2)，所述的节点和单元是有限元领域的通用术语，节点和单元之间存在映射关系，节点和界面也存在映射关系，S03：将步骤S02选出的全部节点(节点集2)统一到全局坐标系下，并按由小到大的顺序输出节点集2的节点序号、节点编号及节点坐标值，节点序号应为从1开始的正整数，节点坐标应在全局坐标系下；本步骤得到节点全局坐标值，S04：由节点和单元的映射关系，提取出节点对应的单元，在单元的基本信息中提取出单元的整体刚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：林宏，彭慧莲，张新宇，王国辉，陈益，安雪岩，王明哲，王雪梅，陆浩然，崔照云，刘志伟，张群，唐颀，杨自鹏，杨勇，于秀丽，杨炜平，刘欣，刘建忠，叶成敏，肖泽宁，张巍，曹梦磊，
申请(专利权)人：北京宇航系统工程研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11