[發明專利]一種復合材料釘載快速分析系統

在審

• 申請號: 202011282465.2
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112231864A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 黃河源;侯赤;王東;王文智;李冰;趙美英;周銀華
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F111/10;G06F113/26
• 代理公司: 北京彭麗芳知識產權代理有限公司 11407
• 代理人: 彭麗芳

本發明涉及復合材料機械連接結構載荷計算技術領域，具體涉及一種復合材料釘載快速分析系統，該系統直接調用PATRAN根據用戶錄入的結構幾何參數、材料參數、屬性參數、載荷參數等進行建模，調用NASTRAN進行計算，即可獲取各個釘的載荷大小和分配比例。本發明可以快速計算出復合材料釘接結構載荷分配比例，免去了復雜的建模及分析過程，同時改進了機械連接的二維建模方法，提高計算準確度且大大節省了建模時間。

技術領域

本發明涉及復合材料機械連接結構載荷計算技術領域，具體涉及一種復合材料釘載快速分析系統。

背景技術

復合材料層合板因其較高的比強度、比剛度、耐腐蝕性等特點，已經越來越多地應用于飛機結構之中。這就使得復合材料結構件及其與金屬結構件之間存在大量的機械連接。其中螺栓連接由于具有承受載荷較高、裝卸方便且十分可靠等優點已成為最主要的一種機械連接方式。由于存在孔邊應力集中且傳遞載荷較大，復合材料螺栓連接部位成了結構中最薄弱的環節，容易發生破壞。因此分析復合材料連接結構處的載荷分配，對飛機結構設計、提高整體結構的安全性和經濟性具有重要意義。

通常情況下，分析復合材料釘接結構載荷大小和分配問題時，需要先建立模型，再進行設置參數、劃分網格并提交計算。在結構初始設計階段，采用傳統的分析過程往往比較繁瑣，尤其是研究者在設計具有一定釘載分配比例的結構時，往往會花費大量的時間且不一定能得到滿意的結果。

常用的復合材料釘接結構載荷分配分析方法有解析法和有限元方法。解析法是基于孔邊應力分析發展起來的，其具有計算簡單等特點，但解析法對結構往往簡化程度較大，不適宜進行復雜情況下的載荷分析。有限元方法不僅計算精度高，而且能適應各種復雜形狀。

傳統手工可視化建模時，需要逐步建立模型、設置參數、劃分網格、提交計算等過程。當需要處理的模型數量較多時往往會有很大的工作量，且由于人為因素不可避免地會出現一些誤操作，這必然會影響計算的精確度。相比較而言，參數化建模具有快、準的特點。即其建模速度比傳統建模快上幾十倍甚至幾百倍的時間，接觸不太復雜的模型基本都是在一分鐘內完成，可見其大大縮短了建模時間。同時，參數化建模還可以實現手工建模不易實現的操作。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種復合材料釘載快速分析系統，可以快速計算出復合材料釘接結構載荷分配比例，免去了復雜的建模及分析過程，同時改進了機械連接的二維建模方法，提高計算準確度且大大節省了建模時間。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種復合材料釘載快速分析系統，該系統直接調用PATRAN根據用戶錄入的結構幾何參數、材料參數、屬性參數、載荷參數等進行建模，調用NASTRAN進行計算，即可獲取各個釘的載荷大小和分配比例。

進一步地，所述結構幾何參數包括復合材料板幾何參數、搭接板幾何參數和孔幾何參數；孔幾何參數包括孔的位置和大小；當孔整齊排列為列陣時，只需輸入各行的X坐標以及各列的Y坐標即能確定；當孔排列為花形時，需先確定孔擴展為列陣排列的幾何位置，再根據孔的ID號刪除不需要的孔；建模時先畫出擴展孔陣的坐標示意圖，再根據用戶的需要刪除廢棄孔；孔徑的大小可根據各孔ID分別定義，在定義孔直徑時應注意：在孔陣(整齊排列)或擴展孔陣(花形排列)中取任意相鄰兩行(列)中各自的最大孔，兩孔的半徑之和應小于其行(列)間距，否則模型無法建立。

進一步地，默認孔位置處于復合材料板左端，以復合材料板最左下角為原點來定義復材板中孔的位置，復合材料板的長度分為多個不同的區間，以應對板的厚度不同的情形，各個孔的位置通過輸入各行的X坐標和各列的Y坐標來確定。

進一步地，搭接板的劃分為不同的區域，默認孔的位置位于其右端，由于各孔之間的相對位置一定，且在復材板中已經確定，只需定義搭接板一個孔的邊距和端距即可確定搭接板上各孔的位置，本發明以孔陣中最右下角的孔為基準定義。