[發明專利]一種金字塔型梯度點陣結構的參數化建模方法

在審

• 申請號: 202010744188.6
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111950081A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 劉煜坤;曾濤;張坤;張漢濤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學;汕頭大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 蔡偉杰

本發明公開了一種金字塔型梯度點陣結構的參數化建模方法，通過讀取飛行器機翼的幾何尺寸參數；根據所述幾何尺寸參數建立三維實體模型并進行裁剪得到金字塔型梯度點陣結構的單胞模型；將單胞模型參數化并通過控制方程優化參數并得到金字塔型梯度點陣結構；只需要進行參數化設計，從而對飛行器機翼模型的設計極大的減小了人力物力，即使結構的參數發生變化也無需重新建模，減小了工作量，并且統一了參數表征，能夠與現有的計算機輔助設計軟件無縫集成，操作簡單、不易出錯，本發明涉及航空航天有限元仿真分析技術領域。

技術領域

本發明涉及航空航天有限元仿真分析技術領域，具體涉及一種建模效率高仿真精度高的金字塔型梯度點陣結構參數化建模方法，避免在數值模擬中復雜的建模過程。

背景技術

隨著航空航天事業的飛速發展，飛行器對結構的輕量化及多功能化提出迫切需求。飛行器只有在減輕結構重量的情況下才能提高其承載效率。同時由于飛行器復雜的工作環境，其結構還應滿足多功能特性的要求。點陣結構作為一種先進的多孔輕質結構，被公認為是航天航空事業中最有潛力的結構之一。但傳統的點陣結構均是由周期性單胞構成的均勻結構，飛行器飛行過程中其外層結構往往受到的是集中載荷或非均勻載荷，并不滿足實際應用的要求。為了進一步提高飛行器的承載能力，提出了一種新型的金字塔型梯度點陣夾芯結構，金字塔型梯度點陣夾芯結構的出現，克服了這一困難。但由于細觀尺寸上具有復雜的結構，同時在實現結構梯度化的同時也將引入更多的變量，在有限元軟件中不易進行建模，傳統的點陣模型建模存在以下幾個缺點。

(1)、以往對于點陣夾芯結構的性能研究主要通過有限元軟件本身進行建模、賦予材料屬性、裝配、定義接觸等操作分析模型，其建模過程復雜不易操作，當結構的參數發生變化時，需要重新建模，大大的增加了工作量。

(2)、傳統的金字塔型梯度點陣結構建模，點陣設計方式缺乏統一的參數表征，單個點陣包含的設計變量數目眾多，同時網格化分時需要考慮單元的使用，并且使得設計好的點陣結構難以和現有的計算機輔助設計軟件無縫集成，操作復雜，容易出錯，工作量大。

目前在對飛行器的結構進行有限元仿真分析的過程中，建模復雜繁瑣。因此，需要一種方法，避免在飛行器的結構建模過程在數值模擬過于復雜。

發明內容

本發明的目的在于提出一種金字塔型梯度點陣結構的參數化建模方法，以解決現有技術中所存在的一個或多個技術問題，至少提供一種有益的選擇或創造條件。

隨著點陣結構在飛行器中應用的普及，傳統的金字塔型梯度點陣結構有限元模擬建模困難，本發明克服傳統的梯度點陣結構建模，能夠通過python語言進行參數化設計，在進行大量的數值模擬時，大大的減小了人力物力，只需要輸入模型的幾何參數和芯子的個數，即可完成金字塔型梯度點陣結構模型的構建。

為了實現上述目的，根據本發明的一方面，提供一種金字塔型梯度點陣結構的參數化建模方法，所述方法包括以下步驟：

S100：讀取飛行器機翼的幾何尺寸參數；

S200：根據所述幾何尺寸參數建立三維實體模型；

S300：對三維實體模型進行裁剪得到金字塔型梯度點陣結構的單胞模型；

S400：將單胞模型參數化并通過控制方程得到優化后的單胞模型結構參數；

S500：將優化后的單胞模型結構參數輸入到abaqus軟件中，通過abaqus軟件的getInputs模塊得到金字塔型梯度點陣結構。

進一步地，在S100中，飛行器機翼的幾何尺寸參數包括：機翼上面板芯子桿兩端的距離、機翼下面板芯子桿兩端的距離、芯子桿高度、單胞的行數和列數，其中，芯子桿為單胞中間的支撐桿，單胞為由芯子桿連接上面板、下板面構成的夾芯結構；飛行器機翼結構由多個單胞組成。