[發明專利]一種任意薄壁梁結構的層合化分析方法

在審

• 申請號: 202110056368.X
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112800538A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 劉鐵讓;張田;高麗敏;劉傳軍;季少華;奚曉波
• 申請（專利權）人: 中國商用飛機有限責任公司北京民用飛機技術研究中心;中國商用飛機有限責任公司
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

1.一種任意薄壁梁結構的層合化分析方法，其特征在于，所述分析方法具體包括以下步驟：

S1)對待分析的薄壁梁進行建模，并確定待分析的薄壁梁截面的彎曲主軸；

S2)對所分析的薄壁梁截面在彎曲主軸方向上進行層合化處理，通過等效疊加即可得到總層合結構所對應的在第i層上的寬度；

S3)計算所述薄壁梁截面在每個主軸方向上給定剪切載荷及彎矩時即單向彎剪模型下截面每一層上總的剪流和正應力；

S4)根據S3)得到的薄壁梁截面在單向彎剪下每一層總的剪流和正應力計算所述薄壁梁截面的各個子結構元素在每一層上的剪流和正應力；

S5)根據S4)得到的薄壁梁截面在單向彎剪下各個子結構元素在每一層上的剪流和正應力計算薄壁梁截面的剛心的位置；

S6)根據S4)及S5)計算扭轉剛度及在扭矩作用下薄壁梁截面在每個子結構元素上所產生的剪流；

S7)根據S3)、S4)及S5計算在剛心處施加兩個獨立的沿主軸方向的剪切載荷時每個子結構元素上所產生的剪流，完成層合化分析。

2.根據權利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述S2)的具體步驟為：

S2.1)子層合結構的形成；

沿薄壁梁截面的主軸方向在不同的高度將所分析的薄壁結構的截面平行切割成一個層合結構，以此從上到下形成不同種類的元素組，每一個元素組都是一個沿主軸方向的子層合結構；

S2.2)將S2.1)得到每一個子層合結構在第i層上的寬度bik，按照等效原則進行疊加，即可得到總層合結構所對應的在第i層上的寬度bi，公式如下：

式中：Ei為第i層的楊氏模量，Eik為第i層的第k個子結構的楊氏模量，i和k均為大于0的正整數。

3.根據權利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述S3)的具體步驟為：

S3.1)采用Euler梁假設求解，即平面假設和直法線假設，公式如下：

v＝v(x)

σ_x＝Eε_x

式中，u、w、ε_x、σ_x及σ_xy分別為x和y方向位移、正應力及剪應力，y₀為中性軸的y坐標，

S3.2)根據總體平衡關系及上下邊界條件，關系式通過以下公式表達：

σ_xy＝0 at y＝y_top

σ_xy＝0 at y＝y_top (2a-e)，

式中，M_zz為薄壁板截面上的彎矩，F_xy為薄壁板截面上的剪力，y_top和y_bot是總層合結構的上表面和下表面的y坐標，b是所考慮層的寬度；

S3.3)求解方程(1a-e)并使用關系式(2a-e)則可求得每一層子層合結構的應力σ_xi和σ_xi及中性軸的位置及抗彎剛度EI，公式如下所示：

式中，E為楊氏模量，d為積分點處截面寬度。