一种异型蜂窝蒙皮结构的有限元建模方法技术

一种异型蜂窝蒙皮结构的有限元建模方法，步骤如下：一、建立其截面几何模型；二、生成某环蜂窝中心点；三、筛选域内蜂窝；四、若本环无域内蜂窝，执行十五，否则执行五；五、对本环的域内蜂窝生成节点；六、处理该蜂窝节点；七、若该蜂窝域内节点多于2个，执行八，否则执行十三；八、划分该蜂窝的线单元；九、划分对应的蒙皮单元；十、若蒙皮单元节点个数为0，执行十一，否则执行十三；十一、输出蒙皮单元信息；十二、输出蒙皮的节点信息；十三、若未处理完本环蜂窝，则执行五，否则执行十四；十四、若未处理完全部环的蜂窝，则执行二，否则执行十五；十五、输出蜂窝单元信息；十六、输出蜂窝节点信息；十七、输出蜂窝粘接处单元集合信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于航空推进
(ニ)
技术介绍
蜂窝蒙皮结构是由两层薄而强的面板材料，中间夹ー层厚而轻的蜂窝芯组成，这类材料的最大特点是质轻，比強度高，比刚度高，上世纪五、六十年代，高性能的蜂窝制造技术已经成熟，蜂窝结构被普遍地应用于飞机、航空以及航天工业。与传统材料相比，蜂窝蒙皮材料具有低密度、低热导率、高比刚度、高比強度、压缩应变大、良好的能量吸收特性、高可设计性等优点，是适用于航空航天领域的ー种重要的复合材料。目前对蜂窝蒙皮结构进行強度分析通常采用等效法或实验法。等效法采用结构均匀化理论，可推导出蜂窝蒙皮结构的等效弹性參数，其缺点在于对应力集中导致的复杂应力和应变的影响，很难进行分析。实验法只可以得到蜂窝蒙皮结构材料特性的经验值，难以 建立蜂窝蒙皮结构的设计标准。显然，传统的等效法和实验法难以满足蜂窝蒙皮结构力学特性的分析需要，故对蜂窝蒙皮结构的力学特性分析应倾向于使用有限元法。然而使用有限元法对蜂窝蒙皮结构进行力学特性分析的难点在于蜂窝蒙皮结构，尤其是具有复杂切割边界的异型蜂窝蒙皮结构，难以建立有限元模型，使用现有的有限元前处理软件对蜂窝蒙皮结构进行有限元建模只能采用手动方式，这将耗费很多时间和资源，而对于ー些大型结构，手动建模甚至是不可能实现的。因此，需要发展和新设计ー种异型蜂窝蒙皮结构的有限元建模方法，实现异型蜂窝蒙皮结构有限元网格的快速划分，以满足工程需要。
技术实现思路
I、目的本专利技术的目的是提供，它解决了现有技术的不足，实现了异型蜂窝蒙皮结构有限元网格的快速划分，满足了工程的需要。2、技术方案本专利技术g在生成异型蜂窝蒙皮结构的有限元网格，该结构的夹芯蜂窝采用六边形蜂窝形式，边界处切割成型，蜂窝与蜂窝之间通过粘接方式相连接，存在ー个粘接方向，且在粘接方向上存在蜂窝间的粘接厚度；为获得不同的结构力学特性，蜂窝结构可沿任意方向排布。本专利技术ー种异型蜂窝蒙皮结构有限元建模方法的基本思想是首先，提取异型蜂窝蒙皮结构的一个横截面，井根据六边形蜂窝结构的几何特性在该截面上进行线单元的划分，以线单元为基础，利用厚度方向插值的方法生成夹芯蜂窝结构的壳单元；然后，根据线单元的划分情况生成蒙皮结构的壳单元；最后，将蜂窝蒙皮结构有限元模型信息输出为可被通用有限元处理软件读取的文件。本专利技术ー种异型蜂窝蒙皮结构的有限元建模方法，其具体步骤如下步骤ー建立异型蜂窝蒙皮结构的截面几何模型；首先，根据给定的异型蜂窝蒙皮结构的边界特性，选择ー个垂直于蜂窝纵向方向的截面，建立该异型蜂窝蒙皮结构的截面几何模型，本专利技术中，蜂窝蒙皮结构截面的几何模型建立在笛卡尔坐标系的χ-y面上，蜂窝蒙皮结构的厚度方向位于z轴方向；然后，将截面几何模型划分成多个形状规则的四边形分区，本专利技术中，需进行多次点位于平面几何模型区域内的判断，以及蜂窝结构厚度方向的插值计算，这两种计算都基于四边形平面几何区域，故需根据模型实际情况对截面进行适当划分；最后，由于本专利技术根据六边形蜂窝的几何特性进行有限元建模，本方法假设蜂窝粘接方向位于y轴方向，故若需要蜂窝粘接方向位于其它方向，要将蜂窝蒙皮结构的截面几何模型在坐标系中旋转相应角度，待建模完成后，再将有限元模型旋转回原角度，其中，以一点Pci(Xt)，yo)为旋转中心点，将点P(x，y)逆时针旋转θ角得到点Pt(xt，yt)的坐标值的运算用矩阵表示为权利要求1. ，其特征在于该方法具体步骤如下 步骤一建立异型蜂窝蒙皮结构的截面几何模型； 首先，根据给定的异型蜂窝蒙皮结构的边界特性，选择一个垂直于蜂窝纵向方向的截面，建立该异型蜂窝蒙皮结构的截面几何模型，蜂窝蒙皮结构截面的几何模型建立在笛卡尔坐标系的x-y面上，蜂窝蒙皮结构的厚度方向位于Z轴方向； 然后，将截面几何模型划分成多个形状规则的四边形分区，这里需进行多次点位于平面几何模型区域内的判断，以及蜂窝结构厚度方向的插值计算，这两种计算都基于四边形平面几何区域，故根据模型实际情况对截面进行划分； 最后，根据六边形蜂窝的几何特性进行有限元建模，假设蜂窝粘接方向位于I轴方向，若需要蜂窝粘接方向位于其它方向，要将蜂窝蒙皮结构的截面几何模型在坐标系中旋转相应角度，待建模完成后，再将有限元模型旋转回原角度，其中，以一点PoUo，Yo)为旋转中心点，将点P(x，y)逆时针旋转Θ角得到点Pt(xt，yt)的坐标值的运算用矩阵表示为2.根据权利要求I所述的，其特征在于步骤六中所述的对蜂窝结构的节点进行处理的方法，具体实施步骤如下 步骤一找出该蜂窝结构位于截面几何模型区域内的节点个数，即该蜂窝结构的节点信息矩阵NInf中第三列元素值大于零的行数，记作nin ； 步骤二 判断nin是否等于6nd,若nin = 6nd,说明该蜂窝结构是一个完整的域内蜂窝，直接执行步骤十三，若nin辛6nd，则说明蜂窝结构被截面几何模型边界截断，失去了完整性，执行步骤三； 步骤三对此蜂窝结构的节点进行排序；使此蜂窝的节点信息矩阵NInf中从上到下的各行所代表的节点在蜂窝结构中成逆时针顺序排列，并且，矩阵NInf中的第一行代表按逆时针顺序排列的截面几何模型区域内的第一点；将矩阵NInf的第一行挪至最后一行，其余各行分别向上移一行，这种操作进行数次直至矩阵NInf符合本步骤的要求； 步骤四将矩阵NInf的最后一行的信息储存在一个行向量pend中，显然,pend表不按逆时针顺序将要进入截面几何模型区域的节点信息； 步骤五规定一个误差范围herr ； 步骤六处理该蜂窝结构位于截面几何模型区域内按逆时针顺序排列的最后一个节点处； 首先，将截面几何模型区域内最后一个节点记作P1即对应矩阵NInf的第nin行，P1的下一个节点记作P2即对应矩阵NInf的第nin+Ι行，求得P1和P2连线与截面几何模型边界 的交点Pinl ； 然后，考察P1与Pinl之间的距离，若距离大于herr，则将区域外的节点移到截面几何模型边界上，即将点Pinl的坐标值赋给矩阵NInf的第nin+Ι行的第四列和第五列，同时，矩阵NInf的第nin+Ι行所代表的节点的属性改为“不位于蜂窝角点”和“位于截面几何模型区域内”，即将矩阵NInf的第nin+Ι行的第二列元素值改为O，第三列元素值改为I ; 若Pl与Pinl之间的距离小于或等于herr，考虑nin为I的情况，这说明这个蜂窝只有一个节点在区域内，且界内点P1与交点Pinl的距离在误差范围之内，则将这个蜂窝舍弃，返回到权利要求I中的步骤十二，若nin不为1，则将区域内最后一个节点移到截面几何模型边界上，即将点Pinl的坐标值赋给矩阵NInf的第nin行的第四列和第五列，同时，矩阵NInf的第nin行所代表的节点的属性改为“不位于蜂窝角点”和“位于截面几何模型区域内”，即将矩阵NInf的第nin行的第二列元素值改为O，第三列元素值改为I ; 步骤七找出矩阵NInf的第三列元素值大于O的行数，并重新赋给nin，这表示这个蜂窝经过以上步骤的操作，该蜂窝结构位于截面几何模型区域内的节点个数nin进行了更新； 步骤八处理该蜂窝结构位于截面几何模型区域内按逆时针顺序排列的第一个节点处； 首先，将行向量pend所记录的节点记作P1，将截面几何模型区域内第一点记作己本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋向华，王延荣，魏大盛，杨丰娜，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：