一种飞机复材壁板重量分析建模方法技术

一种飞机复材壁板重量分析建模方法，涉及飞机总体设计技术领域中的飞机重量研究方向，用于飞机复合材料结构件生产过程中的重量控制，包括：S1,定义结构参数，所述结构参数包括面板和筋条；S2,构建复材壁板结构有限元模型；S3,对复材壁板结构的有限元模型定义载荷和边界约束；S4,复材壁板结构有限元模型结构静强度、刚度分析；S5,结构稳定性分析；S6,复合材料结构的铺层优化；S7，复材壁板结构重量计算。本发明专利技术提供的飞机复材壁板重量分析建模方法在飞机设计初期快速准确的对抗轴压复材壁板结构进行有限元建模，进而可以通过数值仿真，精确、快速地计算抗轴压复材壁板结构的重量、重心和转动惯量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及飞机总体设计
中的飞机重量研究方向，具体而言，涉及一种 飞机复材壁板重量分析建模方法。
技术介绍
在飞机概念设计阶段和初步设计阶段需要对飞机整体及各子构件的质量特性进 行估算。对飞机质量特性估算有两方面的用途：一是飞机重量、重心、转动惯量作为飞控、性 能、操稳分析的基本输入参数，决定着飞机的安全性、操纵性、稳定性；二是为飞机设计选型 阶段进行的多方案评估提供参考依据。 飞机方案设计阶段准确的质量特性估算是飞机重量控制的前提和基础，也是减轻 飞机设计重量最关键、最有效的阶段。经验表明，飞机所有减重的80%以上是在此阶段落实 的。而在飞机设计的后续阶段，减重措施的局限和减重成本的提高，很难达到预期的减重效 果。因此，必须展开先进的飞机质量特性估算方法研究。目前在飞机设计的方案阶段计算抗轴压复材壁板结构重量常用的有以下两种方 法：重量系数法、统计分析法。其中重量系数法和统计分析法只能用于与原准机或统计样本 差别不大的飞机设计，且误差较大。 现在亟需解决的技术问题是如何设计，以克 服现有技术中存在的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中的不足，提供一种简单合理的飞机复材壁 板重量分析建模方法。 本专利技术提供的技术方案解决了传统方法在飞机设计初期对抗轴压复材壁板重量 估算误差较大的问题。提供一种可以精确、快速评估飞机抗轴压复材壁板重量的建模方法， 并已在某型飞机的研制中成功应用。 本专利技术的目的通过如下技术方案实现：，用 于飞机设计阶段的质量特性估算，采用有限元分析方法，包括如下步骤： S1,定义结构参数，前述结构参数包括面板和筋条； S2,构建复材壁板结构有限元模型； S3,对复材壁板结构的有限元模型定义载荷和边界约束； S4,复材壁板结构有限元模型结构静强度、刚度分析； S5,结构稳定性分析； S6,复合材料结构的铺层优化；S7,复材壁板结构重量计算。上述方案中优选的是，S1中，结构参数中的面板包括面板厚度、面板材料以及面板 有限元单元编号；结构参数中的筋条包括筋条起始和终止布置点、筋条的上下缘条的形状 与面积、筋条腹板的厚度、筋条的材料及筋条有限元单元编号、筋条是否为加强筋的判断。 上述任一方案中优选的是，S2中的复材壁板结构有限元模型包括复材壁板结构的 几何参数、材料力学性能、密度、载荷、边界约束条件、复合材料铺层顺序。 上述任一方案中优选的是，S3中，对复材壁板结构的有限元模型定义载荷和边界 约束方式的选择的依据包括复材壁板的结构受载和连接形式。 上述任一方案中优选的是，S4中，复材壁板结构有限元模型结构静强度、刚度分析 的依据为复材壁板结构有限元模型载荷分布数据、边界约束条件、结构几何参数。 上述任一方案中优选的是，S6中，根据复材壁板承载的方式对复合材料结构的铺 层进行仿真优化分析，复合材料结构的铺层仿真优化分析包括铺层角度、厚度。 上述任一方案中优选的是，S7中复材壁板结构重量计算的方式为体密度计算方 法。 本专利技术所提供的飞机复材壁板重量分析建模方法的有益效果在于，在飞机设计初 期快速准确的对抗轴压复材壁板结构进行有限元建模，进而可以通过数值仿真，精确、快速 地计算抗轴压复材壁板结构的重量、重心和转动惯量，一举解决了传统手段只能粗略估算 评估抗轴压复材壁板重。【附图说明】图1是按照本专利技术的飞机复材壁板重量分析建模方法的一优选实施例的流程示 意图；图2是按照本专利技术的飞机复材壁板重量分析建模方法图1所示实施例S4中结构 静强度、度刚度分析的流程示意图；图3是按照本专利技术的飞机复材壁板重量分析建模方法图1所示实施例S5中结构 稳定性分析的流程示意图；图4是按照本专利技术的飞机复材壁板重量分析建模方法图1所示实施例S6中复合 材料结构的铺层优化的流程示意图。【具体实施方式】 为了更好地理解按照本专利技术方案的飞机复材壁板重量分析建模方法，下面结合附 图对本专利技术的飞机复材壁板重量分析建模方法的一优选实施例作进一步阐述说明。 如图1-4所示，本专利技术提供的飞机复材壁板重量分析建模方法，用于飞机复合材 料结构件生产过程中的重量控制，包括如下步骤： S1,定义结构参数，所述结构参数包括面板和筋条；S2,构建复材壁板结构有限元模型；S3,对复材壁板结构的有限元模型定义载荷和边界约束；S4,复材壁板结构有限元模型结构静强度、刚度分析； S5,结构稳定性分析； S6,复合材料结构的铺层优化； S7,复材壁板结构重量计算。 上述本专利技术提供的飞机复材壁板重量分析建模方法S1-S7中，S1结构参数中的面 板包括面板厚度、面板材料以及面板有限元单元编号；结构参数中的筋条包括筋条起始和 终止布置点、筋条的上下缘条的形状与面积、筋条腹板的厚度、筋条的材料及筋条有限元单 元编号、筋条是否为加强筋的判断；S2中的复材壁板结构有限元模型包括复材壁板结构的 几何参数、材料力学性能、密度、载荷、边界约束条件、复合材料铺层顺序；S3中，对复材壁 板结构的有限元模型定义载荷和边界约束方式的选择的依据包括复材壁板的结构受载和 连接形式。S4中，复材壁板结构有限元模型结构静强度、刚度分析的依据为复材壁板结构 有限元模型载荷分布数据、边界约束条件、结构几何参数。S6中，根据复材壁板承载的方式 对复合材料结构的铺层进行仿真优化分析，复合材料结构的铺层仿真优化分析包括铺层角 度、厚度。S7中复材壁板结构重量计算的方式为体密度计算方法。 在上述本专利技术的优选实施例中，定义结构参数：抗轴压复材壁板主要结构包含面 板和加筋（梁、纵墙、桁条等）两类结构；面板定义：面板描述参数包括：①面板厚度②材 料和编号。加筋定义：加筋构造上的功用是增强复材壁板抗轴压屈曲特性。单根加筋描述 参数包括：①起始和终止布置点、②上下缘条形状、面积、③腹板厚度、④材料和编号、⑤是 否为加强筋。考虑到加筋的布置特点，可对加筋采用分组管理，单组加筋描述参数包括加筋 数量、加筋布置方式、所连接的面板编号以及加筋列表信息。定义载荷和边界约束：针对不 同的结构受载和连接形式，选择对应的边界约束方式。当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞机复材壁板重量分析建模方法，用于飞机设计阶段的质量特性估算，其特征在于，采用有限元分析方法，包括如下步骤：S1,定义结构参数，所述结构参数包括面板和筋条；S2,构建复材壁板结构有限元模型；S3,对复材壁板结构的有限元模型定义载荷和边界约束；S4,复材壁板结构有限元模型结构静强度、刚度分析；S5,结构稳定性分析；S6,复合材料结构的铺层优化；S7，复材壁板结构重量计算。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汤春尧，李海泉，潘若刚，戴浩，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21