CN105528478A - 一种飞机翼面结构传力特点的图示分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机翼面结构传力特点的图示分析方法，属于飞机翼面结构强度设计领域。所述方法包括：首先对飞机翼面结构进行有限元数值模拟分析，并根据数据结果文件得出飞机翼面结构的内力分布特点和整体结构间载荷传递特征；其次，以力流形式绘制飞机翼面结构传力路线示意图；最后，将所述绘制好的传力路线示意图中的信息与资料库关联，构建查询系统。本方法简明直观地阐述了结构间的内力传递状态，并通过传力箭头形成的载荷传递封闭循环，明确了结构强度关键承载部位。本方法可以从承载状态说明、内力分布再现、试验及使用指导三个方面解决工程应用的技术问题。

Description

一种飞机翼面结构传力特点的图示分析方法

技术领域

本发明飞机翼面结构强度设计领域，特别是涉及一种飞机翼面结构传力特点的图示分析方法。

背景技术

飞机翼面强度设计对飞机结构安全具有非常重要的作用。目前强度分析结果对外输出类型单一、内力计算结果结论理论性强、概念抽象，在实际生产、保障、维护等工作过程中，设计员(有时甚至包括结构强度设计者本人)是很难在短时间内做出飞机整体或局部结构强度的全面评价。特别是受技术环境和使用条件限制，在苛刻条件下的结构强度战伤评估及抢修方面该问题尤为突出。

现有技术中，主要是通过NASTRAN、ANSYS、ABAQUS等大型有限元强度分析软件对飞机翼面强度进行解算。有限元强度分析软件虽然可以直接显示结构整体的应力、应变云图，但是对于具体情况的强度设计分析仍需要根据数据结果文件结合工程设计手段进行深入分析。但是，随时随地计算、读取强度分析结果是不经济，更是不现实的。因此，由于时间和技术条件的限制，设计人员及飞机现场维护人员对于强度信息的汲取能力非常有限，在面对生产维修和结构破损时较难高效地处理设计、修改、维护等强度专业分析评估工作。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种飞机翼面结构传力特点的图示分析方法，该方法是将强度分析数据结果，通过图像标识方式及标注信息实现强度结果可视化的仿真模拟。本方法是一种在给定结构布局状态下承载能力定性分析的设计方法。

本发明飞机翼面结构传力特点的图示分析方法，主要包括以下步骤：

S1、对飞机翼面结构进行有限元数值模拟分析，并根据数据结果文件得出飞机翼面结构的内力分布特点和整体结构间载荷传递特征；

S2、以力流形式绘制飞机翼面结构传力路线示意图；

S3、将所述绘制好的传力路线示意图中的信息与资料库关联，构建查询系统，所述资料库是指所述飞机翼面内各结构的力学属性。

优选的是，所述对飞机翼面结构进行有限元数值模拟分析包括采用NASTRAN强度分析软件。

在上述方案中优选的是，在所述步骤S1中，所述飞机翼面整体结构间载荷传递特征包括内力传递、载荷增加、载荷减少中的至少一个。

在上述方案中优选的是，所述飞机翼面内各结构的力学属性包括对应结构的内力分布、细节模型分析以及理论计算结果。

在上述方案中优选的是，在所述步骤S3中，将所述绘制好的传力路线示意图中的信息与资料库关联包括将所述传力路线示意图中的任一结构与所述资料库中该结构的力学属性相关联。

在上述方案中优选的是，所述资料库中的任一飞机翼面结构还具有一属性，该属性描述为与所述飞机翼面结构发生力学关联的其它飞机翼面结构名称。

飞机翼面结构传力特点的图示分析方法简明直观地阐述了结构间的内力传递状态，并通过传力箭头形成的载荷传递封闭循环，明确了结构强度关键承载部位。本方法可以从承载状态说明、内力分布再现、试验及使用指导三个方面解决工程应用的技术问题。

本方法通过图像标识方式形成一种全新的强度成果展示途径，其分析结果摆脱了技术环境和使用条件方面的束缚，解决了大型有限元强度分析软件强度成果展示在技术环境和使用条件方面的局限性问题，在苛刻的情况，强度设计人员仅通过描绘有图示分析方法特有的图像标识信息的一张纸，也可完成结构内力形态真实模拟。本方法改善了国内外强度设计人员过分依赖大型有限元软件进行分析的现状，为确保飞机强度安全要求，完成外场服役飞机结构强度安全风险的定性评估，对飞机整体生存能力评测起到积极作用。

附图说明

图1是按照本发明飞机翼面结构传力特点的图示分析方法的一优选实施例的飞机水平尾翼结构传力特点的图示分析示意图。

图2是按照本发明图1所示实施例的飞机翼面结构力图应用示意图。

图3是按照本发明图1所示实施例的内力传递形式与力图应用的转化对应关系。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明飞机翼面结构传力特点的图示分析方法，主要包括如下步骤：

S1、对飞机翼面结构进行有限元数值模拟分析，并根据数据结果文件得出飞机翼面结构的内力分布特点和整体结构间载荷传递特征；

S2、以力流形式绘制飞机翼面结构传力路线示意图；

S3、将所述绘制好的传力路线示意图中的信息与资料库关联，构建查询系统，所述资料库是指所述飞机翼面内各结构的力学属性。

在步骤S1中，所述对飞机翼面结构进行有限元数值模拟分析包括采用NASTRAN强度分析软件；所述飞机翼面整体结构间载荷传递特征包括内力传递、载荷增加、载荷减少中的至少一个。

需要说明的是，所述飞机翼面内各结构的力学属性包括对应结构的内力分布、细节模型分析以及理论计算结果。

在所述步骤S3中，将所述绘制好的传力路线示意图中的信息与资料库关联包括将所述传力路线示意图中的任一结构与所述资料库中该结构的力学属性相关联；所述资料库中的任一飞机翼面结构还具有一属性，该属性描述为与所述飞机翼面结构发生力学关联的其它飞机翼面结构名称。

如图1所示，在本实施例中，首先，通过NASTRAN强度分析软件对飞机翼面结构进行有限元数值模拟分析，并对数据结果文件进行工程化设计处理；其次，通过图像标识方式及标注信息实现强度结果可视化的仿真模拟，并表明飞机翼面结构的内力分布特点和整体结构间载荷传递特征。图1中平尾梁、肋等主承力构件的传力特点可以清晰地显现出来，具体如下：

1，平尾整体可简化为标准的悬臂梁力学模型。

2，梁、肋作为主传载结构，将载荷传递给主梁，并最终通过平尾大轴传递到后机身。

3，除了传递载荷，边肋和第1肋还起到载荷重新分配的角色，通过斜梁，将主梁前部的载荷重新分配到主梁后部，从而达到载荷均匀化的效果。

需要说明的是，在图1中，标识符号表示内力传递，表示内力增加，表示载荷减少。因此，由图1可以清晰的看出内力在不同结构处的变化情况。

内力传递形式转化为力图应用，相关转化对应关系如图3所示。

根据图3所述的标识符号-含义-力图应用对应表可以以力流形式绘制飞机翼面结构传力路线示意图，本实施例中，以飞机水平尾翼第1肋结构为例，画示意图如图2所示。

由图2可以看出，水平尾翼第1肋中，主梁轴线与复材梁为载荷汇聚处，在垂直轴的上、下两部分，均为载荷减少。根据图示分析方法，强度设计人员可以依照图像标识信息，复原结构力图的基本形态，从而达到内力分布再现。

本方法发明解决了NASTRAN、ANSYS、ABAQUS等大型有限元强度分析软件强度成果展示在技术环境和使用条件方面的局限性问题，在苛刻的情况，强度设计人员仅通过描绘了图像标识的一张纸，就可完成结构内力形态真实模拟。

本方法发明是通过箭头方向表述结构间的载荷传递关系。根据传力箭头形成的载荷传递封闭循环，认定封闭循环的必要结构为结构强度关键承载部件。当封闭循环的必要结构出现损伤或破坏时，平尾结构强度安全会面临巨大风险。

当非封闭循环必要结构发生损伤或破坏时，结构内力分布仅开始在局部范围发生变化。例如图1中第4斜梁腹板结构发生失稳时，由于第4斜梁为非封闭循环必要结构，因此当该结构失去部分强度承载能力时，相关结构的内力传载分布仅在局部范围受到影响，总体传力路线没有发生根本改变，即第4斜梁载荷主要通过第3斜梁和第5斜梁共同分担消化，主梁及周边结构载荷波动应该不大。本结论对于试验及使用指导具有重要的工程应用价值。

最后，图示本身信息结合庞大的后台资料库构建集成化快速查询系统，形成绿色航空设计及验证平台。

需要说明的是，该平台的目的是作为快速查询系统为设计人员处理强度分析工作提供必要的技术支持和保障。

所述平台融合飞机水平尾翼各结构的内力分布、细节模型分析、理论计算结果、损伤状态下周边影响结构传力变化特点比较等重要强度设计分析信息形成后台数据库。客户在使用过程中，仅需通过简单操作得到相应的强度信息。该平台既可方便各专业协同设计，又可创造更多的经济价值。

以飞机平尾肋结构传递载荷给主梁为例，所述资料查询平台包括输入端、输出端(即页面显示端)、处理端以及通讯模块，所述输入端用以接收输入信息，如用户输入点击主梁结构箭头或进行“选择结构-主梁”操作，通信模块接收该信息，调用“主梁”相应的内力分布、细节模型分析、理论计算结果等资料库信息，以备后续通过按钮控件进行显示输出，再通过“主梁”继续搜索与之有载荷增加/载荷减少/载荷汇聚关系(详见图3)的相关其它结构，如“边肋、第1肋、第2肋”，并将资料发送给“周边影响结构”显示端输出。

需要说明的是，所述资料库中的任一飞机翼面结构还具有一属性，该属性描述为与所述飞机翼面结构发生力学关联的其它飞机翼面结构名称。可以理解，如果在输入端输入“折叠翼边肋”，通过数据库的查询作用，还可以调用与之发生力学关联的“折叠翼1梁”等其它周边影响结构，从而可以调用出“折叠翼1梁”的相关属性。在数据表构建时，需要增加一属性值(比如增加一列，该列名称为“周边影响结构”)，并将“折叠翼1梁”添加到该属性表中。同时，该值可以指向数据库表中的另一结构的主键，进行相关属性的调用。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种飞机翼面结构传力特点的图示分析方法，其特征在于，包括：

S1、对飞机翼面结构进行有限元数值模拟分析，并根据数据结果文件得出飞机翼面结构的内力分布特点和整体结构间载荷传递特征；

S2、以力流形式绘制所述飞机翼面结构的传力路线示意图；

S3、将S2中绘制好的所述传力路线示意图中的信息与资料库关联，构建查询系统，所述资料库是指所述飞机翼面内各结构的力学属性。

2.如权利要求1所述的飞机翼面结构传力特点的图示分析方法，其特征在于：所述S1中所述对飞机翼面结构进行有限元数值模拟分析包括采用NASTRAN强度分析软件。

3.如权利要求1所述的飞机翼面结构传力特点的图示分析方法，其特征在于：在所述S1中，所述飞机翼面整体结构间载荷传递特征包括内力传递、载荷增加、载荷减少中的至少一个。

4.如权利要求1所述的飞机翼面结构传力特点的图示分析方法，其特征在于：所述飞机翼面内各结构的力学属性包括对应结构的内力分布、细节模型分析以及理论计算结果。

5.如权利要求1所述的飞机翼面结构传力特点的图示分析方法，其特征在于：在所述S3中，将所述绘制好的传力路线示意图中的信息与资料库关联包括将所述传力路线示意图中的任一结构与所述资料库中该结构的力学属性相关联。

6.如权利要求5所述的飞机翼面结构传力特点的图示分析方法，其特征在于：所述资料库中的任一飞机翼面结构还具有一属性，该属性描述为与所述飞机翼面结构发生力学关联的其它飞机翼面结构名称。