[發明專利]機翼結構力學高保真降階仿真方法、電子設備、存儲介質

有效

• 申請號: 202011246595.0
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112560167B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 董雷霆;盧志遠;嚴鵬
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 廣州市越秀區哲力專利商標事務所(普通合伙) 44288
• 代理人: 葛燕婷

1.機翼結構力學高保真降階仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

有限元網格節點配對與剛體約束施加，對輸入的機翼結構單胞有限元模型的相對端面進行節點配對，得到配對節點組，創建用于定義邊界條件的參考節點自由度，對所述機翼結構單胞有限元模型的一個端面施加剛體約束；

非剪切載荷加載分析，采用周期性邊界條件，對機翼結構單胞分別施加拉、彎、扭三類載荷，進行有限元分析；

剪切載荷加載分析，采用物理一致邊界條件，對機翼結構單胞施加剪切載荷，進行有限元分析；

計算等效截面屬性，利用所述非剪切載荷加載分析步驟、所述剪切載荷加載分析步驟的分析結果，計算機翼的等效截面屬性；

所述非剪切載荷加載分析步驟包括：

施加周期性邊界條件：將周期性邊界條件施加在所述配對節點組和所述參考節點自由度上；

非剪切載荷加載步驟：在拉、彎、扭三類載荷對應的參考節點自由度上分別施加單位載荷，進行有限元分析，儲存分析結果；

所述施加周期性邊界條件步驟包括對各所述配對節點組和所述參考節點自由度施加周期性邊界條件約束，對于主從面上的每一組節點，利用有限元約束施加方法添加方程約束，所述周期性邊界條件的方程形式如下：

其中，表示主、從面節點位移，x_i表示節點相對坐標，i＝1,2,3；Δu_i、Δθ_i代表主從面的平均相對位移、相對轉角；

所述非剪切載荷加載步驟中，在所述的拉、彎、扭對應的四個參考節點自由度上施加單位載荷；

所述剪切載荷加載分析步驟包括：

施加物理一致邊界條件，讀取所述非剪切載荷加載步驟中彎曲載荷的分析結果，得到物理一致邊界條件的約束方程，施加在所述配對節點組和所述參考節點自由度上；

剪切載荷加載，在剪切載荷對應的參考節點自由度上分別施加單位載荷，進行有限元分析，儲存分析結果；

所述施加物理一致邊界條件步驟包括讀取所述非剪切載荷加載步驟中彎曲載荷的分析結果，計算物理一致邊界條件方程的具體形式，施加在所述配對節點組和參考節點自由度上，替換掉所述施加周期性邊界條件步驟中所施加的周期性邊界條件；同時在配對的邊界結點上施加物理一致邊界條件的面力部分，適用于機翼結構的物理一致邊界條件位移部分約束方程的形式如下：

其中，Q_k表示即將施加在結構單胞上的剪力大小，k＝2,3，表示在j方向作用單位彎矩時單胞正邊界上擾動場的i方向分量，i＝1,2,3，j＝2,3；

物理一致邊界條件的面力部分形式如下：

其中表示需施加的修正面力，表示單位彎曲載荷作用時端面面力分布；

所述剪切載荷加載步驟包括在剪切載荷對應的參考節點自由度上，按單一方向剪力作用、兩方向剪力同時作用的工況施加單位載荷；

所述計算等效截面屬性步驟包括利用參考節點自由度的位移值求得單胞變形廣義應變，同時利用單胞變形應變能，求解結構單胞的等效截面屬性剛度矩陣。

2.如權利要求1所述的機翼結構力學高保真降階仿真方法，其特征在于，所述有限元網格節點配對與剛體約束施加步驟包括：

讀取網格模型，確定主從面，設定參考軸位置，對端面的節點進行配對，創建參考點自由度，用于施加外載荷；選取所述機翼結構單胞有限元模型的從面施加剛體約束，限制其平均意義上的位移、轉動為零。

3.如權利要求1所述的機翼結構力學高保真降階仿真方法，其特征在于，所述計算等效截面屬性步驟包括：對于所述非剪切載荷加載分析步驟中得到的單位非剪切載荷作用時的情況，從參考節點自由度的位移值求得廣義應變；對于所述剪切載荷加載分析步驟中得到的單位剪切載荷作用時的情況，利用單胞整體的應變能結果，求解與剪切相關的柔度系數，構成等效柔度矩陣；

柔度系數計算公式如下：

其中，S_ij表示柔度矩陣中的元素，U_i表示第i次加載時單胞的應變能，i＝5,6分別對應了Q₂、Q₃兩次單獨加載，i＝7代表了Q₂、Q₃同時加載單位載荷；

得到等效柔度矩陣后，通過矩陣求逆，求得機翼單胞的等效剛度矩陣。