CN103530485A - 全机梁架式—减缩刚度组合建模方法 - Google Patents

全机梁架式—减缩刚度组合建模方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于气动弹性技术领域，涉及一种全机梁架式—减缩刚度组合建模方法。本发明通过减缩方法得到了后机身大开口及翼身连接部位的刚度矩阵，从而解决了这些复杂结构难以通过以往的计算方法得到准确刚度数据的难题，并结合机翼、垂尾、平尾等部件的梁架模型，建立了全机梁架式—减缩刚度组合模型，不仅实现了全机刚度特性的准确模拟，而且大大减小了计算规模，提高了计算效率，方便了全机地面共振试验后模型的调整和变参分析，弥补了当前建模技术的不足，为气动弹性仿真建模开辟了一条新途径。

Description

全机梁架式—减缩刚度组合建模方法
技术领域
本发明属于气动弹性技术领域，涉及一种全机梁架式—减缩刚度组合建模方法。
背景技术
目前，在颤振分析中常用的有限元模型包括梁架模型和杆板模型两种。梁架模型结构简单、自由度少，缺点是需要通过单闭室、多闭室或加力变形方法准确计算剖面刚度数据，因此很难准确模拟一些复杂结构的动力学特性，建模准确度较低；杆板模型在建模准确度上有较大优势，但是涉及的单元和自由度极其庞大，计算量过大，不便于变参分析和模型修正。在大型军用运输机全机动力学仿真建模中就遇到了后机身大开口和翼身连接处等刚度无法准确模拟的难题，需要在建模技术上寻求新的突破。
发明内容
本发明的目的是：提出一种能够准确模拟一些复杂结构的动力学特性，建模准确度较高并且计算效率高的全机梁架式—减缩刚度组合建模方法。
本发明的技术解决方案是：（1）利用杆板有限元模型建立各个剖面的参考点，并将参考点与各个剖面的节点通过RBE3刚体单元连接；（2）通过MSC.Nastran软件中的ASET1卡及DMAP语句输出减缩后的刚度矩阵KAA；（3）将杆板有限元模型建立的各个剖面的参考点信息引入刚度矩阵KAA中，生成包含参考点信息的STIFF矩阵；（4）利用各个剖面的参考点和STIFF矩阵建立杆板有限元模型的刚度减缩模型；（5）在刚度减缩模型中引入杆板有限元模型对应的质量特性，从而建立减缩模型；（6）通过减缩参考点，将全机其它部件的梁架模型与减缩模型按照设计要求连接，从而建立全机梁架式—减缩刚度组合模型。
所述杆板有限元模型建立的参考点数量是根据剖面所处位置的关系模态选取。
所述杆板有限元模型建立的参考点位置选择所选剖面的截面形心。
所述杆板有限元模型选取的是全机杆板有限元模型或部件杆板有限元模型。
本发明具有的优点和有益效果是：首次将Guyan减缩应用于气动弹性分析，并制定了规范的操作流程，开辟了气弹结构仿真新思路；全机梁架式—减缩刚度组合模型不仅成功解决了后机身大开口、翼身连接处等复杂结构难以通过以往计算方法得到准确刚度数据的难题，实现了全机刚度特性的准确模拟，而且大大减小了计算规模，方便全机地面共振试验后模型的调整和变参分析；建立的仿真模型不仅是气弹专业的基础分析模型，还是动强度、系统载荷、静气弹、操稳等专业的结构动力学仿真模型，目前已经实际应用于颤振分析、伺服气弹分析、突风响应分析，还可扩展用于动响应分析、阵风减缓、载荷修正等研究领域；本发明为后续型号动力学仿真建模的研究以及类似军民用飞机的相关技术研究奠定了基础，指明了方向，也可以扩展运用于建筑、桥梁等民用结构动力学领域。
附图说明
图1是本发明建模流程图；
图2是本发明实施例的杆板有限元模型示意图；
图3是本发明实施例的剖面减缩参考点示意图；
图4是本发明实施例的减缩刚度模型示意图；
图5是本发明实施例的全机梁架式-减缩刚度组合模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
全机梁架式—减缩刚度组合模型包含梁架模型和减缩刚度模型两部分。对于能够准确计算剖面刚度和刚心的部件，如机翼16、垂尾17、平尾18等，用梁架来模拟其刚度特性，而对于机身后部大开口段、翼身连接区等难以用梁架准确模拟的部件或者区域，使用减缩刚度矩阵来模拟。
通过MSC.Nastran软件中的ASET1卡可以实现杆板模型的刚度减缩，完整的刚度减缩流程如下图1所示。首先，利用RBE3刚体单元将杆板有限元模型中各个剖面的截面刚度“集中”到减缩参考点上；然后，通过DMAP语句输出减缩后的刚度矩阵KAA，并将参考点信息引入刚度矩阵KAA中，生成包含参考点信息的STIFF矩阵；最后，将STIFF矩阵代入具有参考点和质量特性的减缩模型中。
建立了减缩模型以后，按照全机各部件的连接形式，通过减缩参考点，将机翼16、垂尾17、平尾18等梁架模型连接到减缩模型上，从而建立全机梁架式—减缩刚度组合模型。
实施例
首先，建立减缩刚度模型。选择机身1及翼身连接2杆板有限元模型作为研究对象，见图2，在杆板有限元模型的各个框段的形心位置设置参考点3，利用RBE3刚体单元12将对应截面刚度进行减缩，减缩形式如图3所示,通过节点4、5、6、7、8、9、10、11的加权平均将截面刚度“凝聚”到参考点3上。
其次，通过DMAP语句，将减缩模型对应的刚度矩阵KAA输出来。由于刚度矩阵KAA中不包含参考点信息，因此，需要将参考点信息引入刚度矩阵KAA中，从而生成STIFF矩阵。
然后，利用参考点、STIFF矩阵以及杆板模型对应的质量特性建立减缩模型，如图4所示，其中质量特性是通过RBAR元13将集中质量元14添加到参考点15上。
最后，按照全机各部件的连接方式，将机翼16、垂尾17、平尾18等梁架模型连接到减缩模型上，并在模型上添加气动插值支臂19，从而建立全机梁架式—减缩刚度组合模型，如图5所示。

Claims (4)

1.一种全机梁架式—减缩刚度组合建模方法，其特征是，（1）利用杆板有限元模型建立各个剖面的参考点，并将参考点与各个剖面的节点通过RBE3刚体单元连接，（2）通过MSC.Nastran软件中的ASET1卡及DMAP语句输出减缩后的刚度矩阵KAA，（3）将杆板有限元模型建立的各个剖面的参考点信息引入刚度矩阵KAA中，生成STIFF矩阵；（4）利用各个剖面的参考点和STIFF矩阵建立杆板有限元模型的刚度减缩模型；（5）在刚度减缩模型中引入杆板有限元模型对应的质量特性，从而建立减缩模型；（6）通过减缩参考点，将全机其它部件的梁架模型与减缩模型按照设计要求连接，从而建立全机梁架式—减缩刚度组合模型。
2.根据权利要求1所述的全机梁架式—减缩刚度组合建模方法，其特征是，所述杆板有限元模型建立的参考点数量是根据剖面所处位置的关系模态选取。
3.根据权利要求1所述的全机梁架式—减缩刚度组合建模方法，其特征是，所述杆板有限元模型建立的参考点位置选择所选剖面的截面形心。
4.根据权利要求1所述的全机梁架式—减缩刚度组合建模方法，其特征是，所述杆板有限元模型选取的是全机杆板有限元模型或部件杆板有限元模型。
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