一种面向梁模型的等效动强度评估方法技术

本发明专利技术提供了一种面向梁模型的等效动强度评估方法，依据总体设计获取飞行器结构模型、材料参数、设备质量质心转动惯量数据、气/水动时变外力数据；构建飞行器几何模型，沿飞行器轴向选取若干特征截面并提取特征截面的几何参数；将材料参数与特征截面进行匹配赋值；构建飞行器的一维线性梁模型，划分网格，加载气/水动时变外力数据；进行动力学计算获取所有特征截面的内力；计算飞行器所有特征截面的时空应力分布，评估飞行器动强度。该方法基于梁模型获取飞行器各截面应力分布，在研制初期即可开展飞行器的快速化强度分析，有效提升了飞行器的研制效率。了飞行器的研制效率。了飞行器的研制效率。

【技术实现步骤摘要】
一种面向梁模型的等效动强度评估方法


[0001]本专利技术属于结构动力学
，具体涉及一种面向梁模型的等效动强度评估方法。

技术介绍

[0002]在航空航天领域，一方面，随着对飞行器技战术指标要求的不断提升，飞行器的任务剖面出现了大量的动力学问题。另一方面，各类飞行器的研制周期不断缩短，研制进度需要不断加快。为此，在项目研制初期即采用能够较好适用于动力学问题的快速化分析模型变得十分迫切。针对长细比大于10的一大类飞行器，在研制初期，应用梁模型进行等效建模不仅能够有效提升建模与分析的效率，而且可以有效反映基本动力学特性。然而，在实际建模和分析过程中，受降阶简化模型制约，梁模型无法直接给出模型截面的应力分布，在飞行器研制初期，难以使用梁模型进行结构强度校核。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提出了一种面向梁模型的等效动强度评估方法，能够基于梁模型获取飞行器各截面的应力分布，在研制初期即可开展对飞行器的快速化强度分析，有效提升了飞行器的研制效率。
[0004]本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案如下：
[0005]本专利技术提供了一种面向梁模型的等效动强度评估方法，包括如下步骤
[0006]依据总体设计获取飞行器结构模型、材料参数、设备的质量质心转动惯量数据、气/水动时变外力数据；
[0007]构建飞行器的几何模型，沿飞行器轴向选取若干特征截面并提取特征截面的几何参数；
[0008]将材料参数与特征截面进行匹配赋值；
[0009]构建飞行器的一维线性梁模型，划分网格，在一维线性梁模型上加载气/水动时变外力数据；
[0010]进行动力学计算，获取所有特征截面的内力；
[0011]计算飞行器所有特征截面的时空应力分布，提取各特征截面的所有时刻的截面最大应力与材料的许用应力进行对比，评估飞行器动强度。
[0012]进一步地，所述飞行器的几何模型中，删除对结构刚度影响较小的几何特征；所述对结构刚度影响较小的几何特征至少包括螺钉、螺孔、倒圆、倒角。
[0013]进一步地，所述特征截面选取个数不少于40，所述特征截面至少包括舱段连接处、结构截面突变处、材料变化处的截面。
[0014]进一步地，所述特征截面的几何参数包括特征截面惯性矩、扭转常数、面积、特征截面上下左右的边界坐标。
[0015]进一步地，所述将材料参数与特征截面进行匹配赋值具体为，将飞行器结构材料
参数沿飞行器长度方向的分布与特征截面进行匹配赋值，使得整个飞行器模型的质量质心转动惯量与总体提供的质量质心转动惯量误差在1％以内。
[0016]进一步地，若整个飞行器模型的质量质心转动惯量与总体提供的质量质心转动惯量误差超过1％，则增加特征截面个数，直至误差在1％以内。
[0017]进一步地，所述气/水动时变外力数据通过仿真计算获得；所述特征截面内力输出时间间隔与外力加载的时间间隔相同。
[0018]进一步地，所述气/水动时变外力数据划分为集中式作用力、分布式作用力；
[0019]所述集中式作用力，加载在一维线性梁模型的某个网格节点上；
[0020]所述分布式作用力，按照等效离散的方法加载在一维线性梁模型的网格节点上，等效离散的准则为：离散前后分布式作用力的分布区域基本一致，合力的大小和压心位置完全相同；或者针对所述分布式作用力，将飞行器分为若干舱段，获取每一舱段的分布式作用力，集中作用在每一舱段最靠近中心的网格节点上。
[0021]进一步地，所述时空应力分布计算方式如下
[0022][0023]其中，NN(x,t)为沿飞行器轴线x方向的内力，正方向由头部指向尾部；
[0024]M
y
(x,t)为特征截面绕y轴的弯矩，正方向与重力方向相反；
[0025]M
z
(x,t)为特征截面绕z轴的弯矩，正方向由x和y轴按照右手定则确定；
[0026]A、I
y
和I
z
分别为截面面积、绕y轴惯性矩和z轴惯性矩。
[0027]本专利技术还提供了一种面向梁模型的等效动强度评估系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序实现前述的等效动强度评估方法。
[0028]本专利技术与现有技术相比的有益效果：
[0029](1)本专利技术采用了参数化的动力学建模方法，与采用实体建模的动强度计算方法相比，在进行不规则截面的动强度校核方面具有与规则截面相同的精度与效率，建模与分析耗时显著减少。
[0030](2)本专利技术采用数值与理论相结合的方法，为大长细比飞行器提供了一种新的动强度计算流程，可在研制初期开展动强度校核与分析，减少设计方案迭代次数，缩短飞行器研制周期。
[0031](3)本专利技术克服了梁单元无法获取截面应力分布的缺陷，通过动载荷与材料参数匹配得到等效的动强度评估方法，拓展了梁模型的适用范围，延长了梁模型的动力学分析链路。
附图说明
[0032]所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1为本专利技术具体实施例提供的一种面向梁模型的等效动强度评估方法的流程
图。
具体实施方式
[0034]下面对本专利技术的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本专利技术。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本专利技术。
[0035]在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与本专利技术的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。
[0036]本专利技术提供了一种面向梁模型的等效动强度评估方法，主要原理为：
[0037]依据总体设计获取飞行器结构模型、材料参数、设备的质量质心转动惯量数据、气/水动时变外力数据；
[0038]构建飞行器的几何模型，沿飞行器轴向选取若干特征截面并提取特征截面的几何参数；
[0039]将材料参数与特征截面进行匹配赋值；
[0040]构建飞行器的一维线性梁模型，划分网格，在一维线性梁模型上加载气/水动时变外力数据；
[0041]进行动力学计算，获取所有特征截面的内力；
[0042]计算飞行器所有特征截面的时空应力分布，提取各特征截面的所有时刻的截面最大应力与材料的许用应力进行对比，评估飞行器动强度。
[0043]本专利技术采用参数化的动力学建模方法，在进行不规则截面的动强度校核方面具有与规则截面相同的精度与效率，建模与分析耗时显著减少；采用数值与理论相结合的方法，为大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向梁模型的等效动强度评估方法，其特征在于，包括如下步骤依据总体设计获取飞行器结构模型、材料参数、设备的质量质心转动惯量数据、气/水动时变外力数据；构建飞行器的几何模型，沿飞行器轴向选取若干特征截面并提取特征截面的几何参数；将材料参数与特征截面进行匹配赋值；构建飞行器的一维线性梁模型，划分网格，在一维线性梁模型上加载气/水动时变外力数据；进行动力学计算，获取所有特征截面的内力；计算飞行器所有特征截面的时空应力分布，提取各特征截面的所有时刻的截面最大应力与材料的许用应力进行对比，评估飞行器动强度。2.根据权利要求1所述的等效动强度评估方法，其特征在于，所述飞行器的几何模型中，删除对结构刚度影响较小的几何特征；所述对结构刚度影响较小的几何特征至少包括螺钉、螺孔、倒圆、倒角。3.根据权利要求2所述的等效动强度评估方法，其特征在于，所述特征截面选取个数不少于40，所述特征截面至少包括舱段连接处、结构截面突变处、材料变化处的截面。4.根据权利要求3所述的等效动强度评估方法，其特征在于，所述特征截面的几何参数包括特征截面惯性矩、扭转常数、面积、特征截面上下左右的边界坐标。5.根据权利要求1所述的等效动强度评估方法，其特征在于，所述将材料参数与特征截面进行匹配赋值具体为，将飞行器结构材料参数沿飞行器长度方向的分布与特征截面进行匹配赋值，使得整个飞行器模型的质量质心转动惯量与总体提供的质量质心转动惯量误差在1％以内。6.根据权利要求5所述的等效动强度评估方法，其特征在于，若整个飞行器模型的质量质心转动惯量与总体提供的质量质...

【专利技术属性】
技术研发人员：檀大林，许云涛，王亚东，杨晓光，
申请(专利权)人：北京机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：