[發(fā)明專利]一種任意薄壁梁結(jié)構(gòu)的層合化分析方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110056368.X
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112800538A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉鐵讓;張?zhí)?/a>;高麗敏;劉傳軍;季少華;奚曉波
• 申請（專利權(quán)）人: 中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司北京民用飛機(jī)技術(shù)研究中心;中國商用飛機(jī)有限責(zé)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(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發(fā)明公開了一種任意薄壁梁結(jié)構(gòu)的層合化分析方法。步驟為：對待分析的薄壁梁的進(jìn)行建模，并確定待分析的薄壁梁截面的彎曲主軸；在彎曲主軸方向上進(jìn)行層合化處理，通過等效疊加即可得到總層合結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的在第i層上的寬度；計算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(yīng)力；計算各個子結(jié)構(gòu)元素在每一層上的剪流和正應(yīng)力；計算剛心的位置；計算扭轉(zhuǎn)剛度及在扭矩作用下在每個子結(jié)構(gòu)元素上所產(chǎn)生的剪流；計算在剛心處施加兩個獨(dú)立的沿主軸方向的剪切載荷時每個子結(jié)構(gòu)元素上所產(chǎn)生的剪流。方法易于進(jìn)一步改進(jìn)，如在基礎(chǔ)層合板應(yīng)用更精確的Timoshenko梁假設(shè)，就可容易進(jìn)一步提高整個方法的精確度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于具有任意開口的薄壁梁或具有任意多閉室的閉口薄壁梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的任意薄壁梁結(jié)構(gòu)的層合化分析方法。

背景技術(shù)

目前，飛機(jī)的機(jī)翼，機(jī)身和尾翼(包括垂直尾翼和水平尾翼)都是各種形狀的薄壁結(jié)構(gòu)，而且在飛機(jī)的初始剛度和強(qiáng)度的設(shè)計階段很多情況下均可簡化為梁結(jié)構(gòu)。因此對于各種薄壁梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速有效的分析計算在飛機(jī)結(jié)構(gòu)的初始設(shè)計階段起著重要作用。

盡管目前各種通用的商業(yè)有限元軟件可為薄壁梁結(jié)構(gòu)的分析計算提供有效的工具，但是在初始設(shè)計階段，要考慮各種各樣的可能構(gòu)型并進(jìn)行各種優(yōu)化仍然是一個很繁雜的過程。目前參數(shù)化有限元的發(fā)展，在一定程度上可以代替人工對特定的不同幾何參數(shù)情況進(jìn)行自動化分析，但由于其仍然建立在傳統(tǒng)有限元方法之上，對于初始的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在計算時間，結(jié)果分析與處理等方面仍然有其不足。

薄壁結(jié)構(gòu)工程梁理論由于模型上的簡單長期以來一直被不同程度地廣泛應(yīng)用于飛機(jī)設(shè)計諸多方面，如剛度計算，強(qiáng)度校核，氣動彈性分析，載荷分析等等。然而從國內(nèi)外目前的文獻(xiàn)資料包括各種教科書來看，薄壁梁結(jié)構(gòu)分析目前仍然限于經(jīng)典的理論分析方法。這種方法盡管模型簡單，適合于過去的手工計算，但計算過程較為允長，不同的結(jié)構(gòu)需要不同的處理方法，不太容易編制適用各種結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一軟件，不僅如此，經(jīng)典的理論分析方法還存在一些基本缺陷。這些不足具體主要表現(xiàn)在以下幾個方面1)需要區(qū)分開口薄壁梁和閉口薄壁梁；2)在分析多閉室閉口薄壁梁時，需要先在每個閉室切割開口以變成開口薄壁梁；3)通過引入每個閉室的扭轉(zhuǎn)角相等的關(guān)系聯(lián)立方程，以求解未知量；4)難以對具有大開口的復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行分析，目前對這些區(qū)域的分析需要借助傳統(tǒng)有限元方法并伴隨復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)果處理，而且具有很多影響因素；5)目前國內(nèi)外一直廣泛應(yīng)用的經(jīng)典的理論分析方法，對扭轉(zhuǎn)剛度的計算存在缺陷，不能反映剛心對扭轉(zhuǎn)剛度的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種薄壁梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題以及其他潛在問題中的任意問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種薄壁梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析方法，所述分析方法具體包括以下步驟：

S1)對待分析的薄壁梁的進(jìn)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(jìn)行層合化處理，通過等效疊加即可得到總層合結(jié)構(gòu)所對應(yīng)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(yīng)力；

S4)根據(jù)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(yīng)力計算所述薄壁梁截面的各個子結(jié)構(gòu)元素在每一層上的剪流和正應(yīng)力；

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

S6)根據(jù)S4)及S5)計算扭轉(zhuǎn)剛度及在扭矩作用下薄壁梁截面在每個子結(jié)構(gòu)元素上所產(chǎn)生的剪流；

S7)根據(jù)S3)、S4)及S5計算在剛心處施加兩個獨(dú)立的沿主軸方向的剪切載荷時每個子結(jié)構(gòu)元素上所產(chǎn)生的剪流。

進(jìn)一步，所述S2)的具體步驟為：