光纤线包的有限元建模方法技术

本发明专利技术公开了光纤线包的有限元建模方法，采用等效杆梁组合模型，利用可压不可拉的杆单元来模拟光纤间的接触，将光纤作为复合截面梁单元处理，根据实际线包缠绕情况，模拟实际线包缠绕过程中光纤的张力施加，逐层建模逐层求解，最终完成光纤线包的建模。解决了现有光纤线包建模方法接触单元的求解容易不收敛，无法分析线包内部多匝光纤之间的受力及分布情况的问题，极大的提高了仿真速度，能够直观反应真实的线包缠绕情况并计算其内部应力，进而有效提升工程中工作效率。效提升工程中工作效率。效提升工程中工作效率。

【技术实现步骤摘要】
光纤线包的有限元建模方法


[0001]本专利技术属于光纤制导导弹
，具体涉及光纤线包的有限元建模方法。

技术介绍

[0002]光纤线包是光纤制导导弹的重要组成部分。光纤制导导弹是由发射制导系统，光纤线包和导弹三部分组成。光纤按照一定的要求缠绕在特制的线筒上，形成光纤线包并固定在导弹内尾部。线包质量对导弹的成功发射至关重要，光纤缠绕是光纤制导中的关键技术问题，光纤缠绕要求绕组结构牢固且所占体积最小，使其能够顺利放线。受导弹尺寸和容积的限制绕组的体积应该尽可能小，使缠绕密度达到最大。
[0003]光纤线包在缠绕完成后，因为缠绕距离较远造成的复杂性及多层性，往往出现线包内部应力不均的情况。且光纤的传输性能对应力十分敏感，内外层光纤应力的很大差别，造成制导武器在整个射程中信号传输质量差别很大，影响武器的射程；内层光纤对芯轴的压力以及层间的压力很小或出现0压力，会使得线包的稳定性更差，在导弹发射过载和光纤释放拉力的作用下，会出现内层线包多层或者整体线包从线轴上滑脱，会造成光纤断裂、制导信号中断，制导武器失控等问题。目前的线包模型并不完善，无本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.光纤线包的有限元建模方法，其特征在于，采用等效杆梁组合模型，利用可压不可拉的杆单元来模拟光纤间的接触，将光纤作为复合截面梁单元处理，根据实际线包缠绕情况，模拟实际线包缠绕过程中光纤的张力施加，逐层建模逐层求解，最终完成光纤线包的建模。2.根据权利要求1所述的光纤线包的有限元建模方法，其特征在于，使用Ansys软件，在柱坐标系中进行光纤模型的建立，线包径向为r，线包周向为θ，线包对称轴方向为z，光纤缠绕遵守左手螺旋规则，四指弯曲方向为光纤绕向，拇指方向为前进方向，光纤起始角度为
‑
40
°
，螺旋方向为左手螺旋，标准段为
‑
40
°
到
‑
360
°
，跨匝段为0
°
到
‑
40
°
；具体按以下步骤实施：步骤1、在柱坐标系中建立芯筒模型和第一层光纤层模型；步骤2、对现有光纤层模型施加边界条件与预应力；步骤3、对步骤2的预应力求解得到芯筒及现有光纤层模型实际应力；步骤4、更新模型并读入芯筒及现有光纤层模型实际应力；步骤5、对当前光纤层模型再次施加预应力并求解及输出应力；步骤6、判断当前光纤层模型是否为最后一层光纤层，若是，则输出并进行数据处理，完成建模，若否，则进入步骤7；步骤7、建立下一光纤层模型，删除初始预应力，返回步骤2。3.根据权利要求2所述的光纤线包的有限元建模方法，其特征在于，所述步骤1芯筒模型包括在内的碳纤维层和在外的调节层，整体分为中间部分和左右侧凸台，具体建立方法如下：调节层的建模：调节层采用solid185实体单元建模；中间部分建模：第一层光纤和底筒的接触采用可压不可拉的杆单元来建立等效接触模型，调节层上节点的排布与第一层光纤节点排布规律一致；左右侧凸台建模：凸台高出中间部分半个光纤直径，采用杆单元来建模；碳纤维层的建模，碳纤维层采用shell 181壳单元建模：其节点排布与调节层最底层单元节点排布一致，碳纤维层单元建立方法与调节层单元建立方法一致，碳纤维层和调节层接触建模：碳纤维层和调节层之间设有卡扣，卡扣处接触采用梁单元建模，其余接触位置为杆单元建模；所述步骤1光纤层模型的建立方法具体如下：将光纤分为标准段和跨匝段，标准段光纤采用link180单元建模，跨匝段光纤采用beam188单元建模；生成第一匝标准段节点，所述节点即为光纤截面的中心点，然后根据插值函数确定跨匝段曲线，再将该...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨东武，唐培琦，张卓，李明航，李申，张逸群，何永喜，杨癸庚，胡乃岗，
申请(专利权)人：西安现代控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：