本发明专利技术公开了一种直升机机身地板梁加载的虚拟强度试验系统及方法，其中系统包括建模模块、有限元模型处理模块、测量设置模块、虚拟试验仿真模块和虚拟试验结果评估模块。本发明专利技术在试验件有限元模型的基础上，在虚拟空间建立了试验加载工装模块，模拟了验加载工装与试验件之间较为真实接触关系，有效解决机身载荷的传递路径不真实，对传递路径的考核不够充分等问题；通过引入非线性接触关系，对机身传递路径中的重要结构地板以及梁结构有良好的强度预警作用；本发明专利技术可为物理试验的加载工装设计与试验安装提供有效指导；加快试验进程，提高试验效率，节省试验成本，提高试验安全性，为物理试验进行有效的预示和指导。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及直升机虚拟仿真，具体涉及一种直升机机身地板梁加载的虚拟强度试验方法。
技术介绍
1、在民用直升机的研制过程中，机身强度试验用来确定直升机机身设计强度是否满足适航条款规定的设计需求，是产品研制过程中必不可少的环节。强度试验验证主要为试验室的物理试验，但是也存在着试验场地要求高、准备周期长、试验后产品改进改型试验验证存在困难等很多的不足。直升机机体主要承受的载荷主要为结构系统质量惯性载荷、气动载荷、客载及货载等，其中以客载或货载的比例最大。客载或货载主要通过客舱以及货舱地板传递到直升机机身的外部壳体上，在传统的物理试验中，通常采用机身两侧粘贴胶布带进行加载，这种传统加载方式是直接将载荷施加于直升机机身的两侧蒙皮结构，没有遵循直升机机身载荷的真实传递路径，对传递路径的考核不够充分。直升机机身地板梁加载搭建于机身内部，通过地板加载块更为真实地将一定范围的机身载荷施加在机身地板上。
2、随着计算机技术和仿真建模技术的提高，虚拟强度试验技术已经成为一种重要的试验验证工具，以校核直升机机身部件或整体的承载性能。以建模仿真技术为基础的虚拟试验已成为许多产品系统试验与评价工作的重要组成。但一部分虚拟试验研究集中在试验件的建模与仿真，缺乏对试验加载工装与试验件之间真实接触关系的模拟，而在直升机机身的载荷中，以垂直于地板方向向下的的载荷最为严重，通常垂向载荷是以货物和地板之间的接触关系进行传递，当虚拟试验忽略加载工装与地板的真实接触关系时，导致虚拟试验的仿真精度不高。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种直升机机身地板梁加载的虚拟强度试验方法，旨在模拟直升机机身载荷的真实传递路径，对传递路径的真实考核更充分，加快试验进程，提高试验效率，节省试验成本，为民用直升机的强度设计与验证提供指导。
2、为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种直升机机身地板梁加载的虚拟强度试验系统，包括建模模块、有限元模型处理模块、测量设置模块、虚拟试验仿真模块和虚拟试验结果评估模块；
4、所述建模模块用于根据试验设计要求，建立直升机机体试验件以及地板梁加载系统的几何模型；
5、所述有限元模型处理模块根据装配的所述几何模型结果进行有限元处理，生成虚拟试验有限元模型；
6、所述测量设置模块用于在上述虚拟试验有限元模型中设置相应的数据采集点，用来采集位移数据以及应变数据；
7、所述虚拟试验仿真模块用于根据上述测量设置模块采集到的数据进行计算分析，得到虚拟试验结果；
8、所述虚拟试验结果评估模块用于校核几何建模模块、模型处理模块、采集设置模块，并通过将上述得到的虚拟试验结果与物理试验结果进行比对。
9、一种直升机机身地板梁加载的虚拟强度试验方法，包括如下步骤：
10、步骤1，根据机身试验件以及试验载荷，进行地板梁加载系统的设计，并根据试验的关注点给出采集数据设置；
11、步骤2，利用建模模块具体地进行地板梁加载系统和试验件的模型设计，包括建立试验件和地板梁加载系统的几何模型；
12、步骤3，通过限元模型处理模块进行试验件的有限元网格划分、加载系统的有限元网格划分，属性添加并组建装配，同时将材料属性设置、结构间接触设置、试验加载设置均与真实情况保持一致；
13、步骤4，利用虚拟试验仿真模块通过有限元分析软件计算得到虚拟试验结果；
14、步骤5，进入虚拟试验结果评估模块；所述的试验评估模块对几何建模模块、模型处理模块、采集设置模块进行评估。
15、进一步地，所述步骤3包括：
16、步骤3.1，在有限元分析软件中，给出约束、加载设置；
17、步骤3.2，在有限元分析软件中，根据步骤1的采集数据设置，设置有限元结果输出，采集设置模块包含应变和位移测点，测点数量和位置应涵盖关键点、危险点的监测。
18、进一步地，所述步骤5包括：
19、步骤5.1，校核有限元模型处理模块中处理是否合理，若不合理，则返回重新进行试验设计；
20、步骤5.2，通过校核采集设置模块中的测点的虚拟布置，确定数量是否足够、位置是否合理，若不合理，则修正试验设计；若合理则进入整个虚拟强度试验系统的安全评估，并给出直升机机身的虚拟强度试验结果。
21、进一步地，所述试验件机身尾部，试验件的末端固定在试验约束框架上，试验件的地板下部为底部纵梁，试验地板梁加载系统布置在底部纵梁下方。
22、进一步地，选取试验约束框架和试验件末端进行位移测点设置，同时选取试验约束框架、机身两侧侧蒙皮和底部纵梁的缘条和腹板进行应变测量点设置。
23、进一步地，地板梁加载系统包括加载横梁、地板加载块、加载连接杆、加载横梁以及加载作动筒，其中加载横梁与试验件的底部纵梁连接，地板加载块在加载横梁底部设置一对，加载横梁的两端分别通过一根加载连杆连接一对所述的地板加载块，加载作动筒安装在支座上，其输出端通过加载杆与加载横梁连接。
24、进一步地，在试验件的地板与地板加载块之间设置接触关系，以模拟垂向压载荷时的边界条件非线性关系。
25、进一步地，所述校核有限元模型处理模块中处理是否合理，若满足以下条件则认为合理：
26、最大位移位于试验件尾部末端，最大剪应力位于纵梁腹板，最大拉压周向应力位于纵梁上下缘条。
27、与现有技术相比，本专利技术具有以下技术特点：
28、直升机机身地板梁加载搭建于机身内部，更为真实地将一定范围的机身载荷施加在机身地板上，本专利技术在试验件有限元模型的基础上，在虚拟空间建立了试验加载工装模块，模拟了验加载工装与试验件之间较为真实接触关系，有效解决机身载荷的传递路径不真实，对传递路径的考核不够充分等问题；本专利技术提出的虚拟试验加载工装模块，通过引入非线性接触关系，对机身传递路径中的重要结构地板以及梁结构有良好的强度预警作用；本专利技术可为物理试验的加载工装设计与试验安装提供有效指导；加快试验进程，提高试验效率，节省试验成本，提高试验安全性，为物理试验进行有效的预示和指导。
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【技术保护点】
1.一种直升机机身地板梁加载的虚拟强度试验系统，其特征在于，包括建模模块、有限元模型处理模块、测量设置模块、虚拟试验仿真模块和虚拟试验结果评估模块；
2.一种直升机机身地板梁加载的虚拟强度试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的直升机机身地板梁加载的虚拟强度试验方法，其特征在于，所述步骤3包括：
4.根据权利要求2所述的直升机机身地板梁加载的虚拟强度试验方法，其特征在于，所述步骤5包括：
5.根据权利要求2所述的直升机机身地板梁加载的虚拟强度试验方法，其特征在于，所述试验件机身尾部，试验件(2)的末端固定在试验约束框架(1)上，试验件(2)的地板(21)下部为底部纵梁(22)，试验地板梁加载系统(3)布置在底部纵梁(22)下方。
6.根据权利要求2所述的直升机机身地板梁加载的虚拟强度试验方法，其特征在于，选取试验约束框架(1)和试验件(2)末端进行位移测点设置，同时选取试验约束框架(1)、机身两侧侧蒙皮和底部纵梁(22)的缘条和腹板进行应变测量点设置。
7.根据权利要求2所述的直升机机身地板梁加载的虚拟强度试验方法，其特征在于，地板梁加载系统包括加载横梁(31)、地板加载块(32)、加载连接杆(34)、加载横梁(35)以及加载作动筒(33)，其中加载横梁(31)与试验件(2)的底部纵梁(22)连接，地板加载块(32)在加载横梁(31)底部设置一对，加载横梁(35)的两端分别通过一根加载连杆(34)连接一对所述的地板加载块(32)，加载作动筒(33)安装在支座上，其输出端通过加载杆与加载横梁(35)连接。
8.根据权利要求2所述的直升机机身地板梁加载的虚拟强度试验方法，其特征在于，在试验件(2)的地板(21)与地板加载块(32)之间设置接触关系，以模拟垂向压载荷时的边界条件非线性关系。
9.根据权利要求4所述的直升机机身地板梁加载的虚拟强度试验方法，其特征在于，所述校核有限元模型处理模块中处理是否合理，若满足以下条件则认为合理：
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【技术特征摘要】
1.一种直升机机身地板梁加载的虚拟强度试验系统，其特征在于，包括建模模块、有限元模型处理模块、测量设置模块、虚拟试验仿真模块和虚拟试验结果评估模块；
2.一种直升机机身地板梁加载的虚拟强度试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的直升机机身地板梁加载的虚拟强度试验方法，其特征在于，所述步骤3包括：
4.根据权利要求2所述的直升机机身地板梁加载的虚拟强度试验方法，其特征在于，所述步骤5包括：
5.根据权利要求2所述的直升机机身地板梁加载的虚拟强度试验方法，其特征在于，所述试验件机身尾部，试验件(2)的末端固定在试验约束框架(1)上，试验件(2)的地板(21)下部为底部纵梁(22)，试验地板梁加载系统(3)布置在底部纵梁(22)下方。
6.根据权利要求2所述的直升机机身地板梁加载的虚拟强度试验方法，其特征在于，选取试验约束框架(1)和试验件(2)末端进行位移测点设置，同时选取试验约束框架(1)、机身...
【专利技术属性】
技术研发人员：李玉莲，王虎林，刘娜，王金亮，徐海斌，刘兴超，南力强，马国民，于凤潼，
申请(专利权)人：哈尔滨飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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