[發(fā)明專(zhuān)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(zhuān)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(lèi)號(hào): G06F30/15
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/15;G06F119/14
• 代理公司: 中國(guó)航空專(zhuān)利中心 11008
• 代理人: 張明

本發(fā)明公開(kāi)了一種加強(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，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。該方法克服現(xiàn)有的有限元計(jì)算方法在尺寸參數(shù)變化時(shí)需要重新建立模型反復(fù)迭代計(jì)算所存在的效率低的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是提出了一種加強(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，可以得出影響扭轉(zhuǎn)變形的敏感參數(shù)，為控制扭轉(zhuǎn)變形提供支持。

背景技術(shù)

大開(kāi)口結(jié)構(gòu)一般為飛機(jī)機(jī)身下部的投放口、貨艙艙門(mén)安裝口、彈艙艙門(mén)安裝口等；大開(kāi)口結(jié)構(gòu)切斷了飛機(jī)結(jié)構(gòu)傳力路線(xiàn)，是飛機(jī)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。常規(guī)的圓形機(jī)身大開(kāi)口由少量的設(shè)計(jì)依據(jù)，而矩形開(kāi)口是特殊的艙體開(kāi)口，為一種新型的結(jié)構(gòu)形式，型號(hào)設(shè)計(jì)中缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，且飛機(jī)設(shè)計(jì)資料中缺乏該中類(lèi)型結(jié)構(gòu)的介紹。

目前，通常通過(guò)有限元計(jì)算軟件優(yōu)化得到結(jié)構(gòu)布置的參數(shù)，但由于機(jī)身大開(kāi)口目前在飛機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用比較少，并沒(méi)有一種矩形薄壁機(jī)身大開(kāi)口結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)型矩形薄壁機(jī)身大開(kāi)口扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算方法；如采用傳統(tǒng)的有限元計(jì)算方法，模型元素種類(lèi)選取，規(guī)模、邊界條件等都對(duì)計(jì)算結(jié)果有影響，所得有限元結(jié)構(gòu)的結(jié)果缺乏解析解的理論支持，得不到影響扭轉(zhuǎn)變形的關(guān)鍵因素，對(duì)控制扭轉(zhuǎn)變形缺乏有力的數(shù)據(jù)支持。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種加強(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，用以克服現(xiàn)有有限元計(jì)算方法在尺寸參數(shù)變化時(shí)需要重新建立模型反復(fù)迭代計(jì)算所存在的效率低的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

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，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。

進(jìn)一步地，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(chēng)面為基準(zhǔn)，該對(duì)稱(chēng)面垂直剖分大開(kāi)口結(jié)構(gòu)的端面；在對(duì)稱(chēng)面與端面的相交線(xiàn)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；