一种基于复合材料铺层的小型手抛无人机的有限元分析方法技术

一种基于复合材料铺层的小型手抛无人机的有限元分析方法，其目的在于公开了一种复合材料铺层仿真的方法，解决了小型手抛无人机在初始设计阶段极限强度和屈曲的计算，包含下面步骤：建立小型手抛无人机的有限元网格模型；建立复合材料属性数据库，设计复合材料初始铺层方案；分析无人机巡航状态，设计合理的边界条件，施加承受载荷，仿真无人机各部位、各铺层的极限强度及结构的屈曲稳定性；根据步骤3计算结果分析各部位、各铺层极限强度及结构屈曲稳定性是否满足设计要求，通过细化网格密度，重新设计复合材料铺层厚度、铺层角度、翼肋结构和位置以达到设计要求。本发明专利技术可以有效减少复合材料构件试验件数量，缩短研制周期。

A finite element analysis method for a small hand throwing UAV Based on composite material layer

A finite element method of composite material layer of the small hand throwing UAV Based on the analysis, the purpose is to discloses a method of composite material layer simulation, solves the small hand throwing UAV in the initial design phase calculation of ultimate strength and buckling, comprising the following steps: establishing a small cast of finite element mesh the model of UAV; establishment of composite attribute database, initial design of composite laminated projects; analyze the UAV cruising condition, design reasonable boundary conditions, applied load, simulation of each part, man-machine limit of each layer of strong buckling stability degree and structure; according to the 3 steps of each part, the analysis of the calculation results layer of ultimate strength and buckling stability can meet the design requirements, by refining the mesh density, re design of composite laminate thickness, ply angle, rib. Configuration and location to meet design requirements. The invention can effectively reduce the number of composite component test pieces and shorten the development cycle.

【技术实现步骤摘要】
一种基于复合材料铺层的小型手抛无人机的有限元分析方法
本专利技术涉及一种无人机的有限元分析，特别是实现对小型无人机复合材料铺层的仿真，及极限强度和屈曲稳定性的计算。
技术介绍
复合材料具有各向异性和可设计性强的特点，只有根据结构特点更好地进行优化设计，才能更高效地满足设计要求。对于金属结构来说，由于具有各向同性的特点，可以同时完成筋条位置、形式以及厚度优化分析，而对于复合材料来说，由于具有各向异性的特点，其结构形式是一层层铺设，每层角度都有可能不同，无法直接进行筋条位置、形式以及铺层角度、厚度优化分析，因此现有的复合材料加筋壁板结构优化分析方法，仅仅是在设计人员将复合材料加筋布置好以后，强度分析人员对结构的铺层进行优化。由于筋条布置主要依靠设计人员经验进行布置，不能充分发挥复合材料的优越性。中国专利申请(申请号：CN201510860055)公开了一种探月飞行器构型复杂的复合材料结构的分析方法，该方法包括S1：建立推进仪器舱体整体结构的有限元模型；S2：定义各结构部件的材料，对结构中的复合材料进行建模；S3：设置预设载荷工况并提交进行运算，然后：输出承力球冠的应力应变结果，进入步骤S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于复合材料铺层的小型手抛无人机的有限元分析方法，其特征为：包括如下步骤：步骤1：建立小型手抛无人机的有限元网格模型；步骤2：建立复合材料属性数据库；步骤3：分析无人机巡航状态，设计合理的边界条件，施加承受载荷，仿真无人机的机身、机翼、尾翼和尾撑杆各部分的复合材料结构铺层的极限强度及结构的屈曲稳定性；步骤4：根据步骤3计算结果分析各部位、各铺层极限强度及结构屈曲稳定性是否满足设计要求，通过细化网格密度，重新设计复合材料铺层厚度、铺层角度、翼肋结构和位置以达到设计要求。

【技术特征摘要】
1.一种基于复合材料铺层的小型手抛无人机的有限元分析方法，其特征为：包括如下步骤：步骤1：建立小型手抛无人机的有限元网格模型；步骤2：建立复合材料属性数据库；步骤3：分析无人机巡航状态，设计合理的边界条件，施加承受载荷，仿真无人机的机身、机翼、尾翼和尾撑杆各部分的复合材料结构铺层的极限强度及结构的屈曲稳定性；步骤4：根据步骤3计算结果分析各部位、各铺层极限强度及结构屈曲稳定性是否满足设计要求，通过细化网格密度，重新设计复合材料铺层厚度、铺层角度、翼肋结构和位置以达到设计要求。2.根据权利要求1所述的基于复合材料铺层的小型手抛无人机的有限元分析方法，其特征为：所述步骤1进一步包括：对无人机几何外形进行网格划分，对机翼、机身、垂直尾翼和水平尾翼四部分承载部件使用四节点四边形板壳单元。3.根据权利要求2所述的基于复合材料铺层的小型手抛无人机的有限元分析方法，其特征为：所述四节点四边形板壳单元构造为：设置节点坐标，其中：(xi，yi)为节点的位置坐标，(μi，vi)为节点分别在x轴、y轴方向上的位移，b+b和a+a分别为x轴、y轴方向上节点密度，网格节点密度保证5mm，在机翼与中翼连接处、尾翼与尾撑杆连接处网格需要进一步细化，网格密度保证2-3mm；中翼、尾撑和负载连接区域可二维三角形单元与四边形单元混合使用，网格密度保证8-10mm，负载连接区域网格密度5mm；由于负载区域对载荷影响不大，网格密度不做要求；在消除网格重合节点时，需要分区域进行，如果区域内两个节点间距小于该数值，则认为该两个节点需要做重合处理；网格划分质量检测需要满足参数：翘曲度warpage＜5，长宽比aspect＜5，弦长偏差chorddev＞0.5，从节点到对角边的最短距离length(min)＜7.5，雅克比值jacobian＞0.7。4.根据权利要求1所述的基于复合材料铺层的小型手抛无人机的有限元分析方法，其特征为：所述步骤2进一步包括，根据步骤1中建立的有限元网格模型基础上进行铺层设计，依据一般铺层设计原则给定初始铺层厚度、铺层角度、铺层顺序和铺层范围，以及关键稳定性部位的三明治结构；三明治结构是由两块面板之间夹一层轻质芯层组成，使用胶黏剂或者环氧树脂将面板与芯层胶结在一起，芯层主要包括泡沫、蜂窝或者轻木；所述铺层设计一般原则为：(1)采用对称均衡铺层，以避免耦合引起翘曲；如果由于设计需要采用非对称或非均衡铺层时，应将非堆成和非均衡层靠近层合板中面；(2)0°方向纤维要保持与层内拉伸或压缩力方向一致，以最大限度地利用纤维沿轴向所具有的高强度和高刚度特性；90°方向纤维用以改善横向强度和调节泊松比；±45°方向纤维用以承受层...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁志超，王飞，陈长兴，
申请(专利权)人：中科机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11