[發(fā)明專利]一種加強(qiáng)型矩形薄壁機(jī)身大開(kāi)口結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011612901.8
• 申請(qǐng)日: 2020-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112699485B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇雁飛;薛應(yīng)舉;羅遠(yuǎn)燕;趙占文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所
• 主分類號(hào): G06F30/15
• 分類號(hào): G06F30/15;G06F119/14
• 代理公司: 中國(guó)航空專利中心 11008
• 代理人: 張明

1.一種加強(qiáng)型矩形薄壁機(jī)身大開(kāi)口結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算方法，其特征在于，包括：

根據(jù)實(shí)際加強(qiáng)型機(jī)身大開(kāi)口結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸，建立加強(qiáng)型機(jī)身大開(kāi)口結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)模型，所述結(jié)構(gòu)模型中，對(duì)于實(shí)際大開(kāi)口結(jié)構(gòu)兩端的加強(qiáng)框，將其簡(jiǎn)化為以其中一個(gè)加強(qiáng)框與大開(kāi)口連接的模型結(jié)構(gòu)；設(shè)定一個(gè)約束端面來(lái)模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)大開(kāi)口結(jié)構(gòu)端部的加強(qiáng)框，大開(kāi)口結(jié)構(gòu)模型的端面與約束端面重合，將該端面作為固定端，另外一個(gè)端面作為加載端；在大開(kāi)口結(jié)構(gòu)模型的四個(gè)角點(diǎn)處，分別取一個(gè)集中點(diǎn)來(lái)模擬實(shí)際的加強(qiáng)梁結(jié)構(gòu)；在所述結(jié)構(gòu)模型中確定坐標(biāo)軸原點(diǎn)，繼而建立坐標(biāo)系；在加載端對(duì)大開(kāi)口結(jié)構(gòu)模型施加圍繞x軸的扭轉(zhuǎn)載荷，從而建立扭轉(zhuǎn)模型；

計(jì)算機(jī)身大開(kāi)口結(jié)構(gòu)模型剖面特性相關(guān)參數(shù)，包括扇性面積和主扇性慣性矩；

在外載荷作用下，確定不同剖面位置處扭轉(zhuǎn)角控制方程；

確定大開(kāi)口結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)模型剖面上任意一點(diǎn)在發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形后沿y、z軸的位移分量的表達(dá)式；

在大開(kāi)口結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)模型中，確定扭轉(zhuǎn)變形關(guān)鍵點(diǎn)，基于所述位移分量的表達(dá)式，得到每個(gè)扭轉(zhuǎn)變形關(guān)鍵點(diǎn)處的y、z軸的位移分量，由此得到整個(gè)機(jī)身大開(kāi)口結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)變形；

在所述結(jié)構(gòu)模型中確定坐標(biāo)軸原點(diǎn)，繼而建立坐標(biāo)系，包括：

以大開(kāi)口結(jié)構(gòu)的對(duì)稱面為基準(zhǔn)，該對(duì)稱面垂直剖分大開(kāi)口結(jié)構(gòu)的端面；在對(duì)稱面與端面的相交線上，取距離大開(kāi)口結(jié)構(gòu)頂部z_h的點(diǎn)作為O點(diǎn)，z_h的計(jì)算公式為：

其中，h表示大開(kāi)口結(jié)構(gòu)的高度，b表示大開(kāi)口結(jié)構(gòu)的寬度，δ表示大開(kāi)口結(jié)構(gòu)的壁厚；F_up表示上部左右兩側(cè)的加強(qiáng)梁在模型中的面積，F(xiàn)_down表示下部左右兩側(cè)加強(qiáng)梁在模型中的面積；

基于所述原點(diǎn)O，確定以大開(kāi)口結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向?yàn)閤軸，高度方向?yàn)閦軸且指向上，y軸根據(jù)右手坐標(biāo)系法則確定；

所述扇性面積、主扇性慣性矩的計(jì)算過(guò)程為：

大開(kāi)口結(jié)構(gòu)模型受到扭轉(zhuǎn)載荷M_t后發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形；在z軸上確定扭轉(zhuǎn)的扭心位置P，以扭心P為主極點(diǎn)，z軸與大開(kāi)口結(jié)構(gòu)模型上部的交點(diǎn)K為主零點(diǎn)，剖面上任意一點(diǎn)Q到P的垂直距離為r，定義該垂直距離r從主零點(diǎn)K開(kāi)始沿剖面輪廓的弧長(zhǎng)到Q點(diǎn)的積分為扇性面積A_w；

基于扇性面積A_w，計(jì)算大開(kāi)口模型剖面的主扇性慣性矩I_w；主扇性慣性矩I_w為∫_ΩA_w² dA，其中，dA表示積分微元面積，Ω表示機(jī)身大開(kāi)口剖面區(qū)域；將A_w帶入前式后，公式如下：

在外載荷作用下，不同剖面位置處扭轉(zhuǎn)角控制方程表示為：

上式中，x表示計(jì)算剖面位置與約束端面的距離，所述計(jì)算剖面為垂直于x軸的剖面；L表示機(jī)身大開(kāi)口模型的長(zhǎng)度，E為結(jié)構(gòu)材料的彈性模量；

所述確定大開(kāi)口結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)模型剖面上任意一點(diǎn)在發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形后沿y、z軸的位移分量的表達(dá)式，包括：

在大開(kāi)口結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)模型剖面上任意一點(diǎn)記為S，S點(diǎn)扭轉(zhuǎn)變形后的位置為S’，S至扭心P點(diǎn)的距離為r；S距離P點(diǎn)沿z軸的分量為r_z；S距離P點(diǎn)沿y軸的分量為r_y；θ為PS與y軸的夾角，則：

則S點(diǎn)的變形量為：

S點(diǎn)扭轉(zhuǎn)變形沿著y、z軸的位移分量分別為：

將I_w表達(dá)式代入上式中的S點(diǎn)扭轉(zhuǎn)變形沿著y、z軸的位移分量分別為：

基于所述位移分量的表達(dá)式，得到每個(gè)扭轉(zhuǎn)變形關(guān)鍵點(diǎn)處的y、z軸的位移分量，包括：

扭轉(zhuǎn)變形關(guān)鍵點(diǎn)L1和R1點(diǎn)，其沿著y軸的變形為：

其沿著z軸的變形為：

扭轉(zhuǎn)變形關(guān)鍵點(diǎn)L2和R2處，其沿著y軸的變形為：

其沿著z軸的變形為：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加強(qiáng)型矩形薄壁機(jī)身大開(kāi)口結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算方法，其特征在于，所述在大開(kāi)口結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)模型中，確定扭轉(zhuǎn)變形關(guān)鍵點(diǎn)，包括：

所述扭轉(zhuǎn)變形關(guān)鍵點(diǎn)為：機(jī)身大開(kāi)口模型剖面的四個(gè)角點(diǎn)處加強(qiáng)梁位置的集中點(diǎn)，其中左上集中點(diǎn)、左下集中點(diǎn)分別為L(zhǎng)1，L2；右上集中點(diǎn)、右下集中點(diǎn)分別為R1，R2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加強(qiáng)型矩形薄壁機(jī)身大開(kāi)口結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算方法，其特征在于，所述由此得到整個(gè)機(jī)身大開(kāi)口結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)變形，包括：

以確定的扭轉(zhuǎn)變形關(guān)鍵點(diǎn)的扭轉(zhuǎn)變形來(lái)代表整個(gè)模型的扭轉(zhuǎn)變形大小；在x＝L時(shí)計(jì)算每個(gè)扭轉(zhuǎn)變形關(guān)鍵點(diǎn)的扭轉(zhuǎn)變形，這樣計(jì)算出的是扭轉(zhuǎn)變形最大的計(jì)算剖面的關(guān)鍵點(diǎn)的扭轉(zhuǎn)變形，也就代表了整個(gè)模型的最大扭轉(zhuǎn)變形。