一种适用于大尺寸异形风洞突变截面设计方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于大尺寸异形风洞突变截面设计方法，属于风洞结构设计技术领域。解决的是传统设计方法设计周期长、设计粗略、经济性差的问题。包括以下步骤：步骤一：采用ANSYS Design Modeler进行风洞结构有限元几何模型的建立；步骤二：结构简化部分进行补偿，施加约束和载荷并形成有限元分析模型；步骤三：通过有限元分析得到变截面和突变位的应力分布；步骤四：设计优化和改进。本发明专利技术缩短了设计周期长，节约设计经费。节约设计经费。节约设计经费。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于大尺寸异形风洞突变截面设计方法


[0001]本专利技术涉及一种适用于异形风洞突变截面设计方法，属于风洞结构设计


技术介绍

[0002]风洞主体结构是一个大型复杂的非常规承压结构，结构为一个环形整体回路，各部段之间力学联系强；风洞结构尺寸巨大，长度可达上百米，直径可达近20米；风洞结构突变位置多，截面变化剧烈，对强度预测要求高。鉴于洞体结构复杂且尺寸很大，如果按照常规的设计方法，对于风洞中广泛存在的结构突变位置，准确预测其应力会极其困难且代价高昂，为保证安全，只能采用提高设计安全系数的折衷手段，但对于这个规模尺寸的风洞，安全系数的略微提升都会带来严重的材料浪费。因此，传统设计方法存在设计周期长、设计粗略、经济性差等不足缺点。
[0003]因此，亟需提出一种适用于大尺寸异形风洞突变截面设计方法，以解决上述技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术研发解决的是传统设计方法设计周期长、设计粗略、经济性差的问题。在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。
[0005]本专利技术的技术方案：一种适用于大尺寸异形风洞突变截面设计方法，包括以下步骤：步骤一：采用ANSYS Design Modeler进行风洞结构有限元几何模型的建立；步骤二：结构简化部分进行补偿，施加约束和载荷并形成有限元分析模型；步骤三：通过有限元分析得到突变截面位置的应力分布；步骤四：设计优化和改进。
[0006]优选的：步骤一包括以下步骤：
①
形成初始几何壳体：首先将实体风洞结构转换为由几何面组成的壳体结构，对于存在对称中面的结构，抽取其几何中面形成壳体结构；对于没有对称中面的结构，则选择结构的一个表面作为壳，形成初始几何壳体；
②
共享壳体结构的几何拓扑：由于初始几何壳体之间存在间隙，需要将初始几何壳体延长至恰好相交，并通过共享拓扑的形式保证后续生成网格的连续性；
③
赋与壳体厚度：根据实际结构的厚度值，对应赋与几何壳体的厚度值，对于由中面形成的几何壳体，网格为等厚度且关于中面对称，对于由表面形成的壳体，在赋厚度时将其作为网格的底面，并根据实际结构厚度赋予其变厚度网格。
[0007]优选的：所述风洞为环形风洞，适用于大尺寸异形风洞突变截面设计方法的数量
为 ，对风洞的肋和加强筋，全部采用面体结构还原，突变截面位置根据实际结构尺寸建模形成壳体结构。
[0008]优选的：步骤二包括以下步骤：a.补偿结构简化部分：对于建模中会忽略的风洞结构中刚度较小但质量较大的结构，将其转换为质量点以补偿其质量属性，通过MPC方法连接到传力处；b.施加约束与载荷：支座约束通过限制位移自由度方式在对应支座位置施加、压力载荷在壳体的承压内表面施加、对全体结构施加重力载荷、在支座处施加冲击载荷，扩散段施加温度载荷；c.形成有限元分析模型：在保证多体网格连续性的基础上生成网格，对于无法共享拓扑的结构，采用建立绑定接触的方式将其连接在一起；对于大拉杆处的连接，则通过建立梁单元的方式实现连接,划分网格并进行网格无关性测试。
[0009]优选的：所述步骤三中，通过子模型法得到应力分布，识别出危险区域和待改进区域。
[0010]优选的：所述步骤四中，通过分析风洞突变位置的应力结果，识别强度危险位置，有针对性的对结构突变位置进行设计优化。
[0011]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术中，还原度极高的风洞结构有限元几何模型，将真实风洞按1：1比例建立成极高还原度的壳体模型，是保证准确评估风洞截面设计的最基本保障；本专利技术得到快速且准确的应力分布结果，相对于实体结构，采用壳体模型进行有限元分析，大大降低了分析所需要的计算资源，能够快速识别出结构设计的危险区域和待改进区域；本专利技术中，设计者根据有限元计算结果，能够准确找到设计更改的改进方向，并完成设计优化的迭代验证；本专利技术缩短了设计周期长，节约设计经费。
附图说明
[0012]图1是大尺寸异形风洞的主视图；图2是大尺寸异形风洞的仰视图；图3是大尺寸异形风洞的立体图；图4是图1中A
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A剖视图；图5是第一隔离门示意图；图6是第二隔离门示意图；图7是突变位置结构示意图；图8是抽取具有对称面结构的几何中面形成壳体模型图；图9是将不具有对称结构的几何结构形成壳体模型图；图中1
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二拐段，2
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一拐段，3
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第一扩散段，4
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驻室，5
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稳定段，6
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四拐段，7
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三拐段，8
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换热器，9
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第二扩散段，10
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前隔离门，11
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驻室大门，12
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隔离门，13
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导流片，14
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拉钩，15
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大门，16
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小门。
具体实施方式
[0013]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本专利技术。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0014]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0015]具体实施方式一：结合图1
‑
9说明本实施方式，本实施方式的一种适用于大尺寸异形风洞突变截面设计方法，包括以下步骤：步骤一：采用ANSYS Design Modeler进行风洞结构有限元几何模型的建立；步骤一包括以下步骤：形成初始几何壳体：首先将实体风洞结构转换为由几何面组成的壳体结构，对于存在对称中面的结构（风洞中的绝大部分结构都具有对称中面），抽取其几何中面形成壳体结构；对于没有对称中面的结构（在四个拐角段中的导流片，如图4中所示，其为非对称结构），则选择结构的一个表面作为壳，形成初始几何壳体；
②
共享壳体结构的几何拓扑：由于初始几何壳体之间存在间隙，需要将初始几何壳体延长至恰好相交，并通过共享拓扑的形式保证后续生成网格的连续性；
③
赋与壳体厚度：根据实际结构的厚度值，对应赋与几何壳体的厚度值，对于由中面形成的几何壳体，网格为等厚度且关于中面对称，对于由表面形成的壳体，在赋厚度时将其作为网格的底面，并根据实际结构厚度赋予其变厚度网格；对风洞的肋和加强筋，全部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于大尺寸异形风洞突变截面设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：采用ANSYS Design Modeler进行风洞结构有限元几何模型的建立；步骤二：结构简化部分进行补偿，施加约束和载荷并形成有限元分析模型；步骤三：通过有限元分析得到变截面和突变位的应力分布；步骤四：设计优化和改进。2.根据权利要求1所述的一种适用于大尺寸异形风洞突变截面设计方法，其特征在于：步骤一包括以下步骤：
①
形成初始几何壳体：首先将实体风洞结构转换为由几何面组成的壳体结构，对于存在对称中面的结构，抽取其几何中面形成壳体结构；对于没有对称中面的结构，则选择结构的一个表面作为壳，形成初始几何壳体；
②
共享壳体结构的几何拓扑：由于初始几何壳体之间存在间隙，需要将初始几何壳体延长至恰好相交，并通过共享拓扑的形式保证后续生成网格的连续性；
③
赋与壳体厚度：根据实际结构的厚度值，对应赋与几何壳体的厚度值，对于由中面形成的几何壳体，网格为等厚度且关于中面对称，对于由表面形成的壳体，在赋厚度时将其作为网格的底面，并根据实际结构厚度赋予其变厚度网格。3.根据权利要求2所述的一种适用于大尺寸异形风洞突...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新朝，崔晓春，阎莉，都鹏杰，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：