【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于飞机结构设计，具体涉及一种飞机结构框的面密度计算方法及设备。
技术介绍
1、在飞机方案设计阶段，优秀的结构布局设计、结构尺寸参数设计和开口设计将带来极大的结构减重收益。而方案阶段初期飞机结构往往只有二维的线面模型，鲜有三维实体模型。如何运用二维线面模型，采用合理的面密度参数对结构重量进行估计，进而比较出不同结构布局、不同尺寸参数的重量差异是急需解决的问题。
2、在已经公开的现有技术中，专利cn108763691a公开了一种基于三维模型的船体结构重量统计方法，该方法将结构三维模型进行布尔运算合并后切割分段，分别统计每一段的重量。cn112660410a公开了一种大展弦比机翼重量的估算方法，该方法将机翼等效成工字梁，通过等效总弯矩载荷估计机翼重量。cn112926133a公开了一种飞行器机翼重量计算方法及装置，基于机翼结构单元重量计算函数计算各结构单元重量。上述公开的方法皆不能解决飞机结构框的面密度计算问题。
技术实现思路
1、专利技术目的：提出一种飞机结构框的面密度计算方法，基于简化假设，可快速计算不同框结构方案的面密度值，进而计算框的结构重量。该方法可用于方案阶段框结构布局、框结构尺寸参数设计以及框结构开口设计。
2、技术方案：一种飞机结构框的面密度计算方法，所述方法包括以下步骤：
3、步骤s1、定义框腹板的典型结构单元，所述结构单元至少包含框腹板、横向筋条、纵向筋条；
4、步骤s2、计算框腹板典型结构单元的面密度；p>
5、步骤s3、计算框缘条的面密度；
6、步骤s4、根据稳定性设计准则，计算腹板的面密度稳定性设计系数,进而计算考虑稳定性设计系数的腹板典型结构单元的面密度；
7、步骤s5、根据强度设计准则，计算考虑孔边挤压强度安全裕度的面密度增加量；
8、步骤s6、将考虑稳定性设计系数的腹板典型结构单元的面密度、缘条的面密度以及考虑孔边挤压强度安全裕度的面密度增加量相加，得到框的面密度值。
9、进一步地，在步骤s1中，所述的典型结构单元为矩形单元，包含矩形框腹板、一根横向筋条和一根纵向筋条，且横纵向筋条交汇点位于矩形单元的几何中心处；典型结构单元的长度为相邻两根纵向筋条的间距a，宽度为相邻两根横向筋条的间距b。
10、进一步地，计算框腹板典型结构单元的面密度时，用结构单元的重量除以结构单元的腹板面积得到结构单元的面密度。
11、进一步地，计算过程是：定义腹板厚度t；假设纵向筋条和横向筋条厚度相同，且为αt；纵向筋条和横向筋条高度相同，且为h；材料密度为ρ；则单面加筋框的典型结构单元的面密度的计算公式为双面加筋框的典型结构单元的面密度的计算公式为
12、进一步地，计算框缘条的面密度时，用框缘条的重量除以框腹板的面积得到框缘条的面密度。
13、进一步地，计算过程是：将框等效为半径为r的圆框，等效前后框腹板面积相同；定义框在腹板面内水平方向和垂直方向最大长度分别为2c和2d，并且c＝γd，定义缘条形状系数η，即等效圆框的缘条长度乘以缘条形状系数η等于等效前框的缘条长度；定义缘条形状系数假设缘条宽度与筋条高度相同，且为h；定义缘条厚度为βt，t为腹板厚度；则单框缘的面密度计算公式为ρ缘条＝2ηβhtρ/r；双框缘的面密度计算公式为ρ缘条＝4ηβhtρ/r。
14、进一步地，步骤s4中，定义稳定性设计系数λ；定义筋条间腹板局部剪切屈曲失稳应力τcr，则剪切失稳安全裕度为其中τ为最大工作剪切应力；定义筋条间腹板局部轴压屈曲失稳应力σcr，则轴压失稳安全裕度为其中σ为最大工作轴压应力；按增加腹板厚度来满足稳定性设计要求，则式中ms取腹板剪切安全裕度和轴压安全裕度中的较大值；则考虑稳定性设计准则的腹板典型结构单元的面密度的计算公式为
15、进一步地，假设框上共有n个连接区域，每一个连接区域都是由连接零件相同、受力形式相似的钉群构成；定义第i个连接区域的挤压安全裕度其中ζi为第i个连接区域的孔边最大挤压应力，[ζ]为材料许用应力；按增加腹板厚度来满足孔边挤压强度设计要求；则考虑孔边挤压强度安全裕度的面密度增加量为其中θi定义为第i个连接区的面积与框腹板面积的比值。
16、另一方面，本专利技术还提出了一种计算机设备，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时实现如上所述的计算方法。
17、有益技术效果：本专利技术公开了一种飞机结构框的面密度计算方法，基于简化假设，不依赖有限元模型的情况下，可快速计算不同框结构方案的面密度值，进而计算框的结构重量，进而可以比较出不同结构布局、不同尺寸参数的重量差异。可用于方案阶段框结构布局、框结构尺寸参数设计以及框结构开口设计。
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1.一种飞机结构框的面密度计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的飞机结构框的面密度计算方法，其特征在于，在步骤S1中，所述的典型结构单元为矩形单元，包含矩形框腹板、一根横向筋条和一根纵向筋条，且横纵向筋条交汇点位于矩形单元的几何中心处；典型结构单元的长度为相邻两根纵向筋条的间距a，宽度为相邻两根横向筋条的间距b。
3.如权利要求1所述的飞机结构框的面密度计算方法，其特征在于，计算框腹板典型结构单元的面密度时，用结构单元的重量除以结构单元的腹板面积得到结构单元的面密度。
4.如权利要求1或3所述的飞机结构框的面密度计算方法，其特征在于，计算过程是：定义腹板厚度t；假设纵向筋条和横向筋条厚度相同，且为αt；纵向筋条和横向筋条高度相同，且为h；材料密度为ρ；则单面加筋框的典型结构单元的面密度的计算公式为双面加筋框的典型结构单元的面密度的计算公式为
5.如权利要求1所述的飞机结构框的面密度计算方法，其特征在于，计算框缘条的面密度时，用框缘条的重量除以框腹板的面积得到框缘条的面密度。
6.如权利要求1
7.如权利要求1所述的飞机结构框的面密度计算方法，其特征在于，步骤S4中，定义稳定性设计系数λ；定义筋条间腹板局部剪切屈曲失稳应力τcr，则剪切失稳安全裕度为其中τ为最大工作剪切应力；定义筋条间腹板局部轴压屈曲失稳应力σcr，则轴压失稳安全裕度为其中σ为最大工作轴压应力；按增加腹板厚度来满足稳定性设计要求，则式中MS取腹板剪切安全裕度和轴压安全裕度中的较大值；则考虑稳定性设计准则的腹板典型结构单元的面密度的计算公式为
8.如权利要求1所述的飞机结构框的面密度计算方法，其特征在于，步骤S5中，假设框上共有n个连接区域，每一个连接区域都是由连接零件相同、受力形式相似的钉群构成；定义第i个连接区域的挤压安全裕度其中ζi为第i个连接区域的孔边最大挤压应力，[ζ]为材料许用应力；按增加腹板厚度来满足孔边挤压强度设计要求；则考虑孔边挤压强度安全裕度的面密度增加量为其中θi定义为第i个连接区的面积与框腹板面积的比值。
9.一种计算机设备，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，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～8任意一项所述的计算方法。
...【技术特征摘要】
1.一种飞机结构框的面密度计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的飞机结构框的面密度计算方法，其特征在于，在步骤s1中，所述的典型结构单元为矩形单元，包含矩形框腹板、一根横向筋条和一根纵向筋条，且横纵向筋条交汇点位于矩形单元的几何中心处；典型结构单元的长度为相邻两根纵向筋条的间距a，宽度为相邻两根横向筋条的间距b。
3.如权利要求1所述的飞机结构框的面密度计算方法，其特征在于，计算框腹板典型结构单元的面密度时，用结构单元的重量除以结构单元的腹板面积得到结构单元的面密度。
4.如权利要求1或3所述的飞机结构框的面密度计算方法，其特征在于，计算过程是：定义腹板厚度t；假设纵向筋条和横向筋条厚度相同，且为αt；纵向筋条和横向筋条高度相同，且为h；材料密度为ρ；则单面加筋框的典型结构单元的面密度的计算公式为双面加筋框的典型结构单元的面密度的计算公式为
5.如权利要求1所述的飞机结构框的面密度计算方法，其特征在于，计算框缘条的面密度时，用框缘条的重量除以框腹板的面积得到框缘条的面密度。
6.如权利要求1或5所述的飞机结构框的面密度计算方法，其特征在于，计算过程是：将框等效为半径为r的圆框，等效前后框腹板面积相同；定义框在腹板面内水平方向和垂直方向最大长度分别为2c和2d，并且c＝γd，定义缘条形状系数η，即等效圆框的缘条长度乘以缘条形状系数...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈金睿，卢炫辰，穆雪峰，夏银，李灼，郭海峰，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：
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