全機梁架式—減縮剛度組合建模方法技術

本發明專利技術屬于氣動彈性技術領域，涉及一種全機梁架式—減縮剛度組合建模方法。本發明專利技術通過減縮方法得到了后機身大開口及翼身連接部位的剛度矩陣，從而解決了這些復雜結構難以通過以往的計算方法得到準確剛度數據的難題，并結合機翼、垂尾、平尾等部件的梁架模型，建立了全機梁架式—減縮剛度組合模型，不僅實現了全機剛度特性的準確模擬，而且大大減小了計算規模，提高了計算效率，方便了全機地面共振試驗后模型的調整和變參分析，彌補了當前建模技術的不足，為氣動彈性仿真建模開辟了一條新途徑。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術屬于氣動彈性
，涉及一種。本專利技術通過減縮方法得到了后機身大開口及翼身連接部位的剛度矩陣，從而解決了這些復雜結構難以通過以往的計算方法得到準確剛度數據的難題，并結合機翼、垂尾、平尾等部件的梁架模型，建立了全機梁架式—減縮剛度組合模型，不僅實現了全機剛度特性的準確模擬，而且大大減小了計算規模，提高了計算效率，方便了全機地面共振試驗后模型的調整和變參分析，彌補了當前建模技術的不足，為氣動彈性仿真建模開辟了一條新途徑。【專利說明】全機梁架式一減縮剛度組合建模方法
本專利技術屬于氣動彈性
，涉及一種全機梁架式一減縮剛度組合建模方法。
技術介紹
目前，在顫振分析中常用的有限元模型包括梁架模型和桿板模型兩種。梁架模型結構簡單、自由度少，缺點是需要通過單閉室、多閉室或加力變形方法準確計算剖面剛度數據，因此很難準確模擬一些復雜結構的動力學特性，建模準確度較低；桿板模型在建模準確度上有較大優勢，但是涉及的單元和自由度極其龐大，計算量過大，不便于變參分析和模型修正。在大型軍用運輸機全機動力學仿真建模中就遇到了后機身大開口和翼身連接處等剛度無法準確模擬的難題，需要在建模技術上尋求新的突破。
技術實現思路
本專利技術的目的是:提出一種能夠準確模擬一些復雜結構的動力學特性，建模準確度較高并且計算效率高的全機梁架式一減縮剛度組合建模方法。本專利技術的技術解決方案是:(1)利用桿板有限元模型建立各個剖面的參考點，并將參考點與各個剖面的節點通過RBE3剛體單元連接；(2)通過MSC.Nastran軟件中的ASETl卡及DMAP語句輸出減縮后的剛度矩陣KAA ；(3)將桿板有限元模型建立的各個剖面的參考點信息引入剛度矩陣KAA中，生成包含參考點信息的STIFF矩陣；(4)利用各個剖面的參考點和STIFF矩陣建立桿板有限元模型的剛度減縮模型；(5)在剛度減縮模型中引入桿板有限元模型對應的質量特性，從而建立減縮模型；(6)通過減縮參考點，將全機其它部件的梁架模型與減縮模型按照設計要求連接，從而建立全機梁架式一減縮剛度組合模型。所述桿板有限元模型建立的參考點數量是根據剖面所處位置的關系模態選取。所述桿板有限元模型建立的參考點位置選擇所選剖面的截面形心。所述桿板有限元模型選取的是全機桿板有限元模型或部件桿板有限元模型。本專利技術具有的優點和有益效果是:首次將Guyan減縮應用于氣動彈性分析，并制定了規范的操作流程，開辟了氣彈結構仿真新思路；全機梁架式一減縮剛度組合模型不僅成功解決了后機身大開口、翼身連接處等復雜結構難以通過以往計算方法得到準確剛度數據的難題，實現了全機剛度特性的準確模擬，而且大大減小了計算規模，方便全機地面共振試驗后模型的調整和變參分析；建立的仿真模型不僅是氣彈專業的基礎分析模型，還是動強度、系統載荷、靜氣彈、操穩等專業的結構動力學仿真模型，目前已經實際應用于顫振分析、伺服氣彈分析、突風響應分析，還可擴展用于動響應分析、陣風減緩、載荷修正等研究領域；本專利技術為后續型號動力學仿真建模的研究以及類似軍民用飛機的相關技術研究奠定了基礎，指明了方向，也可以擴展運用于建筑、橋梁等民用結構動力學領域。【專利附圖】【附圖說明】圖1是本專利技術建模流程圖；圖2是本專利技術實施例的桿板有限元模型示意圖；圖3是本專利技術實施例的剖面減縮參考點示意圖；圖4是本專利技術實施例的減縮剛度模型示意圖；圖5是本專利技術實施例的全機梁架式-減縮剛度組合模型示意圖。【具體實施方式】下面結合附圖對本專利技術作詳細說明。全機梁架式一減縮剛度組合模型包含梁架模型和減縮剛度模型兩部分。對于能夠準確計算剖面剛度和剛心的部件，如機翼16、垂尾17、平尾18等，用梁架來模擬其剛度特性，而對于機身后部大開口段、翼身連接區等難以用梁架準確模擬的部件或者區域，使用減縮剛度矩陣來模擬。通過MSC.Nastran軟件中的ASETl卡可以實現桿板模型的剛度減縮，完整的剛度減縮流程如下圖1所示。首先，利用RBE3剛體單元將桿板有限元模型中各個剖面的截面剛度“集中”到減縮參考點上；然后，通過DMAP語句輸出減縮后的剛度矩陣KAA，并將參考點信息引入剛度矩陣KAA中，生成包含參考點信息的STIFF矩陣；最后，將STIFF矩陣代入具有參考點和質量特性的減縮模型中。建立了減縮模型以后，按照全機各部件的連接形式，通過減縮參考點，將機翼16、垂尾17、平尾18等梁架模型連接到減縮模型上，從而建立全機梁架式一減縮剛度組合模型。實施例首先，建立減縮剛度模型。選擇機身I及翼身連接2桿板有限元模型作為研究對象，見圖2，在桿板有限元模型的各個框段的形心位置設置參考點3，利用RBE3剛體單元12將對應截面剛度進行減縮，減縮形式如圖3所示，通過節點4、5、6、7、8、9、10、11的加權平均將截面剛度“凝聚”到參考點3上。其次，通過DMAP語句，將減縮模型對應的剛度矩陣KAA輸出來。由于剛度矩陣KAA中不包含參考點信息，因此，需要將參考點信息引入剛度矩陣KAA中，從而生成STIFF矩陣。然后，利用參考點、STIFF矩陣以及桿板模型對應的質量特性建立減縮模型，如圖4所示,其中質量特性是通過RBAR元13將集中質量元14添加到參考點15上。最后，按照全機各部件的連接方式，將機翼16、垂尾17、平尾18等梁架模型連接到減縮模型上，并在模型上添加氣動插值支臂19，從而建立全機梁架式一減縮剛度組合模型，如圖5所示。【權利要求】1.一種全機梁架式一減縮剛度組合建模方法，其特征是，(I)利用桿板有限元模型建立各個剖面的參考點，并將參考點與各個剖面的節點通過RBE3剛體單元連接，(2)通過MSC.Nastran軟件中的ASETl卡及DMAP語句輸出減縮后的剛度矩陣KAA，(3)將桿板有限元模型建立的各個剖面的參考點信息引入剛度矩陣KAA中，生成STIFF矩陣；(4)利用各個剖面的參考點和STIFF矩陣建立桿板有限元模型的剛度減縮模型；(5)在剛度減縮模型中引入桿板有限元模型對應的質量特性，從而建立減縮模型；(6)通過減縮參考點，將全機其它部件的梁架模型與減縮模型按照設計要求連接，從而建立全機梁架式一減縮剛度組合模型。2.根據權利要求1所述的全機梁架式一減縮剛度組合建模方法，其特征是，所述桿板有限元模型建立的參考點數量是根據剖面所處位置的關系模態選取。3.根據權利要求1所述的全機梁架式一減縮剛度組合建模方法，其特征是，所述桿板有限元模型建立的參考點位置選擇所選剖面的截面形心。4.根據權利要求1所述的全機梁架式一減縮剛度組合建模方法，其特征是，所述桿板有限元模型選取的是全機桿板有限元模型或部件桿板有限元模型。【文檔編號】G06F17/50GK103530485SQ201310542758【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年11月5日 優先權日:2013年11月5日 【專利技術者】趙冬強, 洪兆貴 申請人:中國航空工業集團公司西安飛機設計研究所本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種全機梁架式—減縮剛度組合建模方法，其特征是，（1）利用桿板有限元模型建立各個剖面的參考點，并將參考點與各個剖面的節點通過RBE3剛體單元連接，（2）通過MSC.Nastran軟件中的ASET1卡及DMAP語句輸出減縮后的剛度矩陣KAA，（3）將桿板有限元模型建立的各個剖面的參考點信息引入剛度矩陣KAA中，生成STIFF矩陣；（4）利用各個剖面的參考點和STIFF矩陣建立桿板有限元模型的剛度減縮模型；（5）在剛度減縮模型中引入桿板有限元模型對應的質量特性，從而建立減縮模型；（6）通過減縮參考點，將全機其它部件的梁架模型與減縮模型按照設計要求連接，從而建立全機梁架式—減縮剛度組合模型。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙冬強，洪兆貴，
申請(專利權)人：中國航空工業集團公司西安飛機設計研究所，
類型：發明
國別省市：