[發明專利]一種復合材料結構強度分析方法

無效

• 申請號: 201110066465.3
• 申請日: 2011-03-21
• 公開（公告）號: CN102136019A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: 溫永海;齊德勝;宮少波;周國臣;劉秀芝;張震;徐忠巖;任靜;韓劉;云慶文
• 申請（專利權）人: 哈爾濱飛機工業集團有限責任公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

技術領域

本發明屬于材料分析技術，涉及一種提供復合材料結構強度分析精度的方法。

背景技術

飛機復合材料結構靜強度分析主要采用兩種方式進行：一種是粗網格有限元模型分析與局部強度校核相結合方法，這種分析模式會造成細節強度分析不準確，依靠大量試驗驗證，有時也進行局部結構細網格有限元分析，但局部模型的邊界基本采用固支或簡支，不能反映真實結構的彈性支持狀態。第二種是全部采用細網格進行總體應力有限元分析，這種方法對于不復雜的小型結構還可以，但對于大型復雜的飛機結構，有限元模型單元、節點數量龐大，計算機運行困難，非線性分析、優化分析根本無法運行，很難得到重點關注部位應力分布。

發明內容

本發明的目的是：提供一種分析精度高、成本低的復合材料結構強度分析方法。

本發明的技術方案是：一種復合材料結構強度分析方法，其包括如下步驟：

步驟1.總體有限元強度分析，

對作為分析對象的復合材料結構進行幾何描述，建立總體有限元模型，進行總體有限元強度分析；

步驟2.總體有限元強度分析結構以矢量形式保存，

將總體應力分析得到的各個節點的位移及受力結果以矢量形式的位移場和力場的形式保存顯示出來；

步驟3.建立局部有限元模型，

對重點部位進行網格細化，取出重點關注的復合材料結構細節部位，細化網格，建立局部有限元模型；

步驟4.局部有限元強度分析，

將步驟2獲得的邊界條件以位移場和力場的形式施加到局部有限元模型邊界節點上，再進行進一步局部有限元強度分析。

局部模型中邊界節點坐標若和總體模型中的節點一致，則其位移約束就等于對應節點的位移值。

當由于細分而產生的邊界節點在總體模型中沒有對應節點，其位移約束按照線性插值給出。

本發明的優點是：本發明復雜復合材料結構強度高精度分析方法對重點部位進行網格細化，取出重點關注的復合材料結構細節部位，細化網格，使得局部網格數成倍增加，并將獲得的邊界條件以位移場和力場的形式施加到局部有限元模型邊界節點上，再進行進一步局部有限元強度分析，經與試驗結果對比，表明分析結果與試驗結果具有良好的一致性，保證了分析精度。而且分析精度的提高，可以有效減少復合材料構件試驗件數量，縮短研制時間，降低成本，能產生較大的經濟效益。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細說明。

本發明復合材料結構強度分析方法在總體有限元模型分析的基礎上，以總體有限元模型節點位移和力結果產生局部細節有限元模型的邊界約束條件，保證局部細節有限元的邊界條件與總體有限元模型分析結果相符。在此基礎上，針對細節部位，建立精細的局部有限元模型，模擬結構細節特征，施加上由總體分析上獲得的局部邊界條件，進行更為精確的細節分析，確定結構的局部強度，為結構細節設計提供依據，從而有效提高了結構分析精度。

本發明復合材料結構強度分析方法的步驟可以如下表示：

步驟1.總體有限元強度分析，

對作為分析對象的復合材料結構進行幾何描述，根據變分原理和分割近似原理，建立總體有限元模型，進行總體有限元強度分析；

步驟2.總體有限元強度分析結構以矢量形式保存，

將總體應力分析得到的各個節點的位移及受力結果以矢量形式的位移場和力場的形式保存顯示出來，數據采用線性插值形式，便于局部強度分析時應用；

步驟3.建立局部有限元模型，

對重點部位進行網格細化，取出重點關注的復合材料結構細節部位，細化網格，使得局部網格數成倍增加，并在局部模型中考慮膠接、厚度變化、分層缺陷等細節，建立局部有限元模型；

步驟4.局部有限元強度分析，

將步驟2獲得的邊界條件以位移場和力場的形式施加到局部有限元模型邊界節點上，再根據變分原理和分割近似原理進行進一步局部有限元強度分析。

因此可以精確地模擬局部模型邊界的彈性支持，而不是簡單地對局部模型邊界施加簡支或固支條件，使得局部分析結果更加精確可靠。

本發明復合材料結構強度分析方法由于模擬了復合材料結構件細節的邊界條件，在局部有限元模型中考慮了連接、分層等因素，提高了復合材料結構分析精度，分析結果與試驗結果相符。通過高精度分析，指導了復合材料構件的設計，減少了試驗件數量，縮短了研制周期，降低了成本。

實施例1：直升機復合材料機身框腹板屈曲分析