CN106294992B - 飞机结构强度模型的创建方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机结构强度模型的创建方法及装置。其中，该方法包括：获取飞机结构的应力模型中的应力单元；基于应力单元确定飞机结构的强度模型中的强度单元；获取应力模型中应力单元与应力特性之间的关联关系，确定与强度单元具有关联关系的强度特性；基于强度单元与应力单元的映射关系和应力模型中的应力载荷，获取强度单元的强度载荷，其中，强度载荷用于指示强度单元的最大工作载荷；根据强度单元对应的强度特性得到许用载荷，其中，许用载荷用于指示强度单元的最大承载能力；比较强度载荷和许用载荷，得到飞机结构的安全裕度。本发明解决了现有技术中的飞机结构强度计算的初始参数获取繁杂且准确度较低的技术问题。

Description

飞机结构强度模型的创建方法及装置

技术领域

本发明涉及航空业中的飞机结构强度校核分析领域，具体而言，涉及一种飞机结构强度模型的创建方法及装置。

背景技术

在飞机设计或制造领域，飞机强度的分析工作尤为重要，但又极其繁琐。目前，飞机强度的分析工作主要包括有限元网格划分、Nastran(有限元程序)分析、强度分析和获取计算报告等流程，在上述流程中，有限元网格划分是飞机强度分析工作的基础，它可以为强度分析提供整个模型的网格、载荷，部分材料属性和单元特性等必要信息，但由于有限元网格是离散化的单元，其与强度分析所需要的结构单元具有较大差别，因此，目前的强度分析并不能直接、有效、较大程度的利用有限元网格所提供的数据，综上所述，现有技术存在飞机结构强度计算的初始参数获取繁杂且准确度较低的技术问题。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种飞机结构强度模型的创建方法及装置，以至少解决现有技术中的飞机结构强度计算的初始参数获取繁杂且准确度较低的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种飞机结构强度模型的创建方法，该方法包括：获取飞机结构的应力模型中的应力单元；基于应力单元确定飞机结构的强度模型中的强度单元；获取应力模型中应力单元与应力特性之间的关联关系，确定与强度单元具有关联关系的强度特性；基于强度单元与应力单元的映射关系和应力模型中的应力载荷，获取强度单元的强度载荷，其中，强度载荷用于指示强度单元的最大工作载荷；根据强度单元对应的强度特性得到许用载荷，其中，许用载荷用于指示强度单元的最大承载能力；比较强度载荷和许用载荷，得到飞机结构的安全裕度。

进一步地，基于应力单元确定飞机结构的强度模型中的强度单元包括：通过映射文件确定应力单元和强度单元的映射关系；通过应力单元所在节点位置来计算强度单元的位置和尺寸。

进一步地，基于强度单元与应力单元的映射关系和应力模型中的应力载荷，获取强度单元的强度载荷包括：从应力模型中获取与强度单元具有映射关系的N个应力单元，其中，N为自然数；从应力模型中读取N个应力单元的应力载荷；基于N个应力单元的应力载荷，确定强度单元的强度载荷。

进一步地，基于N个应力单元的应力载荷，确定强度单元的强度载荷包括：计算N个应力单元的应力载荷的平均值，得到强度载荷。

进一步地，基于N个应力单元的应力载荷，确定强度单元的强度载荷包括：获取N个应力单元的应力载荷序列，其中，应力载荷序列按照N个应力单元的应力载荷的大小排序；将应力载荷序列中的排序在第一个或最后一个的应力载荷，确定为强度单元的强度载荷。

进一步地，根据强度单元对应的强度特性得到许用载荷包括：根据强度单元对应的强度特征和强度单元的单元尺寸计算许用载荷；比较强度载荷和许用载荷，得到飞机结构的安全裕度包括：若强度载荷不大于许用载荷，则确定安全裕度指示的检测结果为安全；若强度载荷大于许用载荷，则确定安全裕度指示的检测结果为不安全。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种飞机结构强度模型的创建装置。该装置包括：第一获取单元，用于获取飞机结构的应力模型中的应力单元；确定单元，用于基于应力单元确定飞机结构的强度模型中的强度单元；第二获取单元，用于获取应力模型中应力单元与应力特性之间的关联关系，确定与强度单元具有关联关系的强度特性；第三获取单元，用于基于强度单元与应力单元的映射关系和应力模型中的应力载荷，获取强度单元的强度载荷，其中，强度载荷用于指示强度单元的最大工作载荷；第四获取单元，用于根据强度单元对应的强度特性得到许用载荷，其中，许用载荷用于指示强度单元的最大承载能力；比较单元，用于比较强度载荷和许用载荷，得到飞机结构的安全裕度。

进一步地，该确定单元包括：第一确定子模块，用于通过映射文件确定应力单元和强度单元的映射关系；计算子模块，用于通过应力单元所在节点位置来计算强度单元的位置和尺寸。

进一步地，该第三获取单元包括：获取模块，用于从应力模型中获取与强度单元具有映射关系的N个应力单元，其中，N为自然数；读取模块，用于从应力模型中读取N个应力单元的应力载荷；确定模块，用于基于N个应力单元的应力载荷，确定强度单元的强度载荷。

进一步地，该确定模块包括：计算子模块，用于计算N个应力单元的应力载荷的平均值，得到强度载荷。

进一步地，该确定模块包括：获取子模块，用于获取N个应力单元的应力载荷序列，其中，应力载荷序列按照N个应力单元的应力载荷的大小排序；第二确定子模块，用于将应力载荷序列中的排序在第一个或最后一个的应力载荷，确定为强度单元的强度载荷。

进一步地，该比较单元包括：第三确定子模块，用于在强度载荷不大于许用载荷时，则确定安全裕度指示的检测结果为安全；第四确定子模块，用于在强度载荷大于许用载荷，则确定安全裕度指示的检测结果为不安全。

在本发明实施例中，采用获取飞机结构的应力模型中的应力单元；基于应力单元确定飞机结构的强度模型中的强度单元；获取应力模型中应力单元与应力特性之间的关联关系，确定与强度单元具有关联关系的强度特性；基于强度单元与应力单元的映射关系和应力模型中的应力载荷，获取强度单元的强度载荷，其中，强度载荷用于指示强度单元的最大工作载荷；根据强度单元对应的强度特性得到许用载荷，其中，许用载荷用于指示强度单元的最大承载能力；比较强度载荷和许用载荷，得到飞机结构的安全裕度的方式，通过应力模型中应力单元与应力特性之间的关联关系，达到了根据应力模型中应力单元与应力特性之间的关联关系创建飞机结构的强度模型的目的，从而实现了提高飞机结构的安全性分析的准确度、最大化利用飞机结构的应力模型中的数据的技术效果，进而解决了现有技术中的飞机结构强度计算的初始参数获取繁杂且准确度较低的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种飞机结构强度模型的创建方法的流程示意图；

图2是根据本发明实施例的一种应力模型和强度模型的映射关系的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的一种应力模型的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的一种强度模型的结构示意图；

图5是根据本发明实施例的另一种飞机结构强度模型的创建方法的结构示意图；

图6是根据本发明实施例的另一种飞机结构强度模型的创建方法的结构示意图；

图7是根据本发明实施例的另一种飞机结构强度模型的创建方法的结构示意图；以及

图8是根据本发明实施例的一种飞机结构强度模型的创建装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种飞机结构强度模型的创建方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种飞机结构强度模型的创建方法的流程示意图。如图1所示，该飞机结构强度模型的创建方法包括以下步骤：

步骤S102，获取飞机结构的应力模型中的应力单元。

飞机结构的应力分析和强度分析强度校核通过计算机辅助工程(Computer AidedEngineering，简称为CAE)软件的数据架构来管理，通常都采用模型管理，该模型内部都具有相同的元素：单元、特性、分析、载荷和结果，元素之间彼此关联组织形成专业模型，单元用来描述CAE分析的对象，通常用板、杆、梁等内容来进行模拟；特性用于给定同类的单元统一的属性，比如，面积特性或者厚度特性等；载荷用工况来代替，工况包括作用的载荷和所受的约束，用来描述单元在某些条件下的工作状态或者受载状态。在获取单元、特性和工况之后，对结构的尺寸参数、材料信息、所承受的特定工况的载荷和边界条件进行分析，比如，进行线性静力分析、稳定性分析、非线性静力分析等，得到分析结果。并将分析结果中的所有这些信息统一在模型里面进行管理。

可选地，在对飞机结构强度校核中，有限元线性静力分析是所有后续强度校核过程的基础，因此，在对飞机结构强度校核时要对飞机结构进行有限元线性静力分析。在对飞机结构进行有限元线性静力分析之后，会获取飞机各个结构在各种工况下所承受的载荷，飞机各个结构在各种工况下所承受的载荷对应的模型为应力模型。应力单元即为应力模型中包含的元素，除应力单元之外，应力模型中包含的元素还包括应力特性、应力载荷和应力结果等。获取飞机结构的应力模型中的应力单元。

可选地，应力模型是在飞机分析用于做全机有限元求解的模型，通过应力模型可以获得应力单元、应力特性、应力载荷和应力结果。在应力模型中，应力单元主要用到Cquad4(四边形板单元)、Cshear(剪力板)、Ctria3(三角形板单元)、Conrod(杆单元)、Crod(杆单元)、Cbar(等截面梁单元)、Cbeam(变截面梁单元)这些单元类型。这些单元类型可以用于模拟有限元应力分析中的结构特征，在创建这些单元的时候主要考虑到这些单元所能承受的载荷，比如，Cquad4、Ctria3只能承受面内载荷，Cshear只能承受剪力，Conrod和Crod只能承受正应力和扭转，而Cbar和Cbeam则能够承受所有各个方向的载荷。

步骤S104，基于应力单元确定飞机结构的强度模型中的强度单元。

在对飞机结构的强度校核中，除了应力模型之外，还包括强度模型。强度模型是在飞机强度分析中用于做安全裕度分析的模型，通过强度模型可以计算飞机各部分结构的承载能力，进而通过应力模型中的应力结果可以获得强度模型中飞机各结构的工作载荷，将两者相比可以获得各结构的安全裕度。在对飞机结构进行有限元静力分析完成之后，对飞机结构进行下一步的强度分析，在强度分析的过程中所涉及到的单元、特性、载荷、分析和结果等内容统一在一个模型下面，该模型为强度模型。建立应力模型和强度模型的映射关系，也即，建立应力模型和强度模型之间的对应关系，将应力模型中的单元、特性、载荷、分析和结果等内容通过映射关系对应到强度模型中从而完成强度模型的建立。可选地，在将应力模型中的单元、特性、载荷、分析和结果等内容通过映射关系对应到强度模型中从而完成强度模型的建立。在强度模型的建立过程中，尽可能沿用已有的内容，然后再快速补充强度模型建立过程中需要的内容，从而快速地生成强度模型，通过该强度模型对飞机结构进行下一步强度分析，从而高效简便地获得飞机结构的强度模型，减少工程师建模的重复工作，进而提高了工作效率，降低错误出现的概率。

可选地，在强度模型中，强度单元则主要是通过结构形式来考虑，主要包括板单元、长桁单元和框单元，这三种强度单元为飞机结构中主要的三种结构，用来描述飞机结构中主要的蒙皮、长桁、框、翼梁、翼肋、地板等结构，可以通过应力单元和强度单元之间的映射关系从应力模型中直接转换过来从而快速地创建这三种结构，可选地，一个强度单元对应多个应力单元。通过上述三种强度单元的创建，可以在强度模型中对飞机结构进行强度分析，并进一步生成对飞机结构的强度校核分析报告。

应力单元和强度模型中的强度单元之间具有映射关系，可以通过映射文件来指明强度单元由那些应力单元组成的，并由此获得了强度单元的尺寸和位置等信息。

可选地，建立应力单元与待创建强度模型中强度单元之间的映射关系的步骤包括：建立应力单元类型和待创建强度模型中强度单元类型之间的映射关系，其中一个以上应力单元类型映射至一个强度单元类型；以及建立应力单元编号和强度单元编号之间的映射关系。

可选地，应力单元的应力单元类型和强度单元的强力单元类型具有对应关系。举例而言，应力模型中的Cquad4、Ctria3、Cshear都是二维面内，可以理解为平面或者曲面，在强度模型里面对应的是相应的只有厚度和材料属性的板单元。Conrod、Crod都是一维单元，主要用于模拟长桁结构，在强度模型里面将其转换为长桁单元。Cbar、Cbeam也是一维单元，在飞机结构的应力分析中用于模拟比较大的型材结构，可以承受各个方向的载荷，通常用于模拟机身框结构，所以在强度模型里面将其转换为框单元。

步骤S106，获取应力模型中应力单元与应力特性之间的关联关系，确定与强度单元具有关联关系的强度特性。

由于应力模型中的应力单元的应力特性是基于Cquad4、Cshear、Ctria3，Conrod，Crod，Cbar，Cbeam等单元的特性，这些应力特性在创建的时候是基于这些应力单元的属性来归纳的。应力模型中的应力单元与应力特性之间具有关联关系，在此同时，应力特性转换为了强度特性，强度单元和应力单元有其对应关系，所以据此可以获得强度单元和强度特性之间的对应关系。在强度模型中将该关联关系继承过来即可，根据应力单元与应力特性之间的关联关系，以及应力单元与强度单元的对应关系，推导出强度模型中的强度单元和强度特性的的对应关系。

在强度单元找到对应的应力单元以后，即可以通过对应的应力单元找到与其对应的应力特性，该应力特性已经被转换为了强度特性，然后在强度模型中通过对该强度特性添加强度计算所需的数据，就可以对飞机结构进行强度分析，得到强度模型的强度特性，该强度特性可以为板剖面、型材剖面，金属材料等特性。

举例而言，强度单元1是由应力单元中的1至9这些应力单元组成，而1至9应力单元所关联的应力特性是Pshell 1，根据应力特性Pshell 1可以确定强度单元1的材料是2024，厚度是2mm。以此类推，长桁单元和框单元也可以找到与其对应的强度特性。

步骤S108，基于强度单元与应力单元的映射关系和应力模型中的应力载荷，获取强度单元的强度载荷，其中，强度载荷用于指示强度单元的最大工作载荷。

获取应力模型中的应力载荷，通过应力模型对应力载荷进行计算，得到计算结果，该计算结果是针对于应力单元中每个单元的承受力。通过强度单元与应力单元的映射关系确定与应力单元对应的强度单元，将计算结果赋予该强度单元，从而获得强度单元的强度载荷。

举例而言，在应力模型中，针对应力单元Cquad4、应力单元Cshear、应力单元Crod、应力单元Conrod、应力单元Cbar、应力单元Cbeam的计算结果如下：应力单元Cquad4、应力单元Cshear的结果为Fx，Fy，Fxy；应力单元Crod、应力单元Conrod的结果为Fx(Axial Force)；应力单元Cbar、应力单元Cbeam的结果为：Fx，Fy，Fz，M1A，M1B，M2A，M2B。

在强度模型中，针对板单元、长桁单元和框单元的载荷如下：

板单元：Fx，Fy，Fxy；长桁单元：Fx；框单元：Fx，Fy，Fz，M1，M2，其中M1是从M1A和M1B中取的大值，M2是从M2A和M2B中取的大值。

步骤S110，根据强度单元对应的强度特性得到许用载荷。

根据强度单元对应的强度特性得到许用载荷，该许用载荷用于指示强度单元中的最大承载能力。

步骤S112，比较强度载荷和许用载荷，得到飞机结构的安全裕度。

在获取强度单元的强度载荷和根据强度单元对应的强度特性得到许用载荷之后，比较强度载荷和许用载荷，得到飞机结构的安全裕度，该安全裕度用于指示对飞机结构强度的检测结果。

在本发明实施例中，采用获取飞机结构的应力模型中的应力单元；基于应力单元确定飞机结构的强度模型中的强度单元；获取应力模型中应力单元与应力特性之间的关联关系，确定与强度单元具有关联关系的强度特性；基于强度单元与应力单元的映射关系和应力模型中的应力载荷，获取强度单元的强度载荷，其中，强度载荷用于指示强度单元的最大工作载荷；根据强度单元对应的强度特性得到许用载荷，其中，许用载荷用于指示强度单元的最大承载能力；比较强度载荷和许用载荷，得到飞机结构的安全裕度的方式，通过应力模型中应力单元与应力特性之间的关联关系，达到了根据应力模型中应力单元与应力特性之间的关联关系创建飞机结构的强度模型的目的，从而实现了提高飞机结构的安全性分析的准确度、最大化利用飞机结构的应力模型中的数据的技术效果，进而解决了现有技术中的飞机结构强度计算的初始参数获取繁杂且准确度较低的技术问题。

可选地，应力模型由应力模型元素构成，该应力模型元素至少包括：应力单元、应力特性和应力结果，强度模型由强度模型元素构成，该强度模型至少包括：强度单元、强度特性和强度载荷。应力模型元素与强度模型元素具有映射关系，获取与应力模型元素具有映射关系的强度模型元素，根据应力模型元素之间的关联关系建立强度模型元素之间的关联关系。

可选地，建立强度单元与强度特性之间的关联的步骤之前可以包括：确立应力特性和强度特性之间的对应关系，以建立强度特性。建立强度模型中强度单元与强度载荷的关联的步骤可以包括：将该强度单元对应的所有应力单元的力载荷结果取平均，作为该强度单元的强度载荷。建立强度模型中强度单元与强度载荷的关联的步骤可以包括：将该强度单元对应的所有应力单元的力载荷结果取最大值、最小值或中间值，作为该强度单元的强度载荷。

作为一种可选的实施方式，基于应力单元确定飞机结构的强度模型中的强度单元包括：通过映射文件确定应力单元和强度单元的映射关系；通过应力单元所在节点位置来计算强度单元的位置和尺寸。

应力单元和强度单元具有映射关系，该映射关系通过映射文件指明。通过映射文件确定应力单元和强度单元的映射关系，在通过映射文件确定强度单元和应力单元的映射关系以后，可以通过应力单元所在节点位置来计算获得强度单元的位置和大小。强度单元的结构可以是建立在应力单元所在的位置，并将其合并以后获得的新的结构的位置为强度单元的位置，此外，还可以通过节点距离等信息，一方面得到板单元的长度和宽度等信息，另一方面得到长桁单元和框单元的长度信息，从而实现通过应力单元所在节点位置来计算强度单元的位置和尺寸。

作为一种可选的实施方式，基于强度单元与应力单元的映射关系和应力模型中的应力载荷，获取强度单元的强度载荷包括：从应力模型中获取与强度单元具有映射关系的N个应力单元，其中，N为自然数；从应力模型中读取N个应力单元的应力载荷；基于N个应力单元的应力载荷，确定强度单元的强度载荷。

一个强度单元可以对应多个应力单元，从应力模型中获取与强度单元具有映射关系的N个应力单元，N为自然数；从应力模型中读取N个应力单元的应力载荷，将N个应力单元的应力载荷映射给强度单元，从而基于N个应力单元的应力载荷确定强度单元的强度载荷。

作为一种可选的实施方式，基于N个应力单元的应力载荷，确定强度单元的强度载荷包括：计算N个应力单元的应力载荷的平均值，得到强度载荷。

获取N个应力单元的应力载荷，计算N个应力单元的应力载荷的平均值，将该N个应力单元对应的应力载荷的平均值确定为强度载荷，从而实现对强度单元的强度载荷的确定。比如，其中，Fx_强度为板单元的强度载荷，Fx1、Fx2、……Fxn为分别为N个应力单元对应的应力载荷。

作为一种可选的实施方式，基于N个应力单元的应力载荷，确定强度单元的强度载荷包括：获取N个应力单元的应力载荷序列，其中，应力载荷序列按照N个应力单元的应力载荷的大小排序；将应力载荷序列中的排序在第一个或最后一个的应力载荷，确定为强度单元的强度载荷。

获取N个应力单元的应力载荷，将N个应力单元的应力载荷按照顺序排列，得到应力载荷序列，该应力载荷序列按照N个应力单元的应力载荷的大小排序。将应力载荷序列中的某个应力载荷确定为强度载荷，可以将应力载荷序列中的排序在第一个、最后一个的应力载荷，确定为强度单元的强度载荷，从而实现对强度单元的强度载荷的确定。

作为一种可选的实施方式，根据强度单元对应的强度特性得到许用载荷包括：根据强度单元对应的强度特征和强度单元的单元尺寸计算许用载荷；比较强度载荷和许用载荷，得到飞机结构的安全裕度包括：若强度载荷小于等于许用载荷，则确定安全裕度指示的检测结果为安全；若强度载荷大于许用载荷，则确定安全裕度指示的检测结果为不安全。

根据强度单元对应的尺寸和强度特性得到许用载荷，该许用载荷用于指示强度单元的最大承载能力，比较强度载荷和许用载荷，如果强度载荷小于等于许用载荷，则确定安全裕度指示的检测结果为飞机结构的强度安全，如果强度载荷大于许用载荷，则确定安全裕度指示的检测结果为飞机结构的强度不安全。

该实施例创造性地提出强度模型的概念，并应用到强度分析计算中，使得强度计算的数据由之前的零散的转为成体系的，工作流程由粗糙的人工干预转为细化的自动运转，并且大幅度的提高了强度计算的效率，分析报告周期缩减到原来的四分之一，准确性大幅度提高，结果的可信度在多轮次测试以后有了明显提高。

下面结合优选的实施例对本发明的技术方案进行说明。

有限元网格的划分是飞机强度分析工作的基础，它可以为飞机结构的强度分析提供整个模型的网格、载荷，部分材料属性和单元特性等必要信息。在有限元网格的基础上建立模型，能够最大程度的继承已有数据，需要说明的是，有限元网格的划分也可应用于除飞机以外的其它飞行器，例如飞艇等，此处不做限制。

可选地，在应力模型中，应力单元和应力特性之间存在关联关系，在构建强度模型的过程中将该关联关系继承即可。在强度单元中找到与其对应的应力单元以后，即可通过对应的应力单元找到其对应的应力特性，然后在强度模型中通过对强度特性添加强度计算所需的数据，就可以对飞机结构进行强度分析。

图2是根据本发明实施例的一种应力模型和强度模型的映射关系的结构示意图。如图2所示，应力模型包括应力单元，该应力单元包括：四边形板单元、三角形板单元、剪力板、杆单元1、杆单元2、等截面梁单元和变截面梁单元。强度模型包括强度单元，该强度单元包括板单元、长桁单元和框单元。应力模型和强度模型的映射关系通过应力单元和强度单元的映射关系来体现，该映射关系包括第一预设映射关系、第二预设映射关系和第三预设映射关系。下面分别对这三种映射关系进行介绍：

第一预设映射关系：应力单元中的四边形板单元、三角形板单元、剪力板与强度单元中的板单元存在映射关系，具体地，四边形板单元、三角形板单元、剪力板都在二维面内，可以理解为平面或者曲面，在强度模型里面对应的是相应的只有厚度和材料属性的板单元。

第二预设映射关系：应力单元中的杆单元1、杆单元2与强度单元中的长桁单元存在映射关系，具体地，杆单元1、杆单元2是一维单元，主要用于模拟长桁结构，在强度模型中可以转换为长桁单元。

第三预设映射关系：应力单元中的等截面梁单元、变截面梁单元与强度单元中的框单元存在映射关系，具体地，等截面梁单元、变截面梁单元也是一维单元，在飞机应力分析中用于模拟比较大的型材结构，可以承受各个方向的载荷，通常用于模拟机身框结构，所以在强度模型里面将至转换为框单元。

可选地，由于应力单元的特性是基于四边形板单元、三角形板单元、剪力板、杆单元1、杆单元2、截面梁单元和变截面梁单元等应力单元的应力特性，这些应力特性在创建的时候是基于这种应力单元的属性来归纳的。因此，可以在应力特性与强度特性之间建立板剖面、型材剖面和金属材料的强度特性等映射关系，并将该映射关系存储于预设映射关系中。

可选地，上述获取与应力模型元素具有映射关系的强度模型元素至少包括：获取与应力单元具有映射关系的强度单元；获取与应力特性具有映射关系的强度特性；获取与应力结果具有映射关系的强度载荷。

可选地，图3是根据本发明实施例的一种应力模型应力单元的结构示意图，图4是根据本发明实施例的一种强度模型强度单元的结构示意图。如图3和图4所示，应力单元和强度单元之间可以通过编号确定对应关系，比如，强度单元包括强度单元A1至A4，通过映射文件来指明强度单元A1至A4是由那些应力单元组成的，从而获得了强度单元的尺寸和位置等信息。比如，通过该映射文件可以看到强度单元中的强度单元A1是由应力模型中的单元10到18所组成；通过该映射文件可以看到强度单元中的强度单元A2是由应力模型中的单元1到9所组成；通过该映射文件可以看到强度单元中的强度单元A3是由应力模型中的单元19到27所组成；以及通过该映射文件可以看到强度单元中的强度单元A4是由应力模型中的单元28到36所组成。

可选地，在通过映射文件确定强度单元和应力单元的映射关系以后，可以通过应力单元所在节点位置来计算强度单元的位置和大小。如图3和图4所示的强度单元A1的结构就是建立在应力单元10到18所在位置，将其合并以后获得的新的结构的位置，此外，通过节点的距离等，还可以得到板单元长宽、长桁和框单元长度等信息。

举例而言，强度单元A2是由应力单元中的1至9单元组成，而应力单元中的1至9单元所关联的应力特性是Pshell 1，由此可以获得强度单元1的材料是2024，厚度为2mm，以此类推，也可以确定长桁单元和框单元对应的强度特性。

可选地，上述根据应力模型元素之间的关联关系建立强度模型元素之间的关联关系至少包括：根据应力单元与应力特性之间的关联关系建立强度单元与强度特性之间的关联关系；根据应力单元与应力结果之间的关联关系建立强度单元与强度载荷之间的关联关系。

可选地，图5是根据本发明实施例的另一种飞机结构强度模型的创建方法的结构示意图。如图5所示，本申请的上述方法可以通过CAE软件实现，CAE软件的数据架构通常采用模型来进行管理，模型内部一般具有相同的元素：单元、特性、分析、载荷和结果，元素间彼此关联形成专业模型。

可选地，图6是根据本发明实施例的另一种飞机结构强度模型的创建方法的结构示意图。如图6所示，单元用于描述CAE分析的对象，通常用板、杆、梁等内容来进行模拟；特性用于给定同类的单元统一的属性，比如，面积特性或者厚度特性等；载荷用工况来代替，工况包括作用的载荷和所受的约束，用于描述单元在某些条件下的工作状态或者受载状态。当获取单元、特性和工况以后，可以描述某种结构的尺寸参数、材料信息和所承受的特定工况的载荷和边界条件，然后可以对这些情况进行特定分析(线性静力分析、稳定性分析、非线性静力分析等)，分析之后所得到的结果可以在统一的模型中存储或管理。

可选地，图7是根据本发明实施例的另一种飞机结构强度模型的创建方法的结构示意图。如图7所示，在飞机结构强度校核中，有限元线性静力分析是所有后续工作的基础，在有限元线性静力分析以后，可以获得各个结构在各种工况下所受的载荷，这项工作所针对的模型可以称之为应力模型。应力模型中包含的元素可以称之为应力单元、应力特性、应力载荷和应力结果。在有限元静力分析完成以后，将进行下一步的强度分析，将强度分析中所涉及的所有单元、特性、载荷、分析和结果统一在一个模型下面，该模型可以称为强度模型。本申请通过建立应力模型和强度模型之间的映射关系，将应力模型中的内容快速地转换到强度模型下面，尽可能的继承应力模型已有的信息，然后再快速补充缺失内容，从而可以快速生成强度模型，用于对飞机结构的强度的进一步分析。

可选地，在应力模型中，主要用到四边形板单元、剪力板、三角形板单元、杆单元1、杆单元2、等截面梁单元和变截面梁单元等。这些单元类型可以用于模拟有限元应力分析中的结构特征，在创建这些单元的时候需要主要考虑这些单元所能承受的载荷，比如，四边形板单元、三角形板单元只能承受面内载荷，剪力板只能承受剪力，杆单元1、杆单元2只能承受正应力和扭转，而等截面梁单元和变截面梁单元则能够承受所有各个方向的载荷。

可选地，强度单元则主要是通过结构形式来考虑，一般包括板单元、长桁单元和框单元，这三种单元代表的是飞机结构中主要的三种结构，为了能够快速创建这三种结构，可以从应力模型中直接转换过来。这三种单元用来描述飞机结构中主要的蒙皮、长桁、框、翼梁、翼肋、地板等结构，通过对这三种单元的定义，可以在强度模型中对飞机结构进行分析，并生成强度校核分析报告。

可选地，在根据强度模型元素和强度模型元素之间的关联关系创建飞机结构的强度模型之后，根据强度模型计算飞机结构的最大承载能力；根据最大承载能力和强度载荷计算飞机结构的安全裕度。

具体地，强度模型中的载荷可以通过应力模型中对载荷的计算结果来获得，即将应力模型中的计算结果赋予给相应的强度单元，从而可以获得强度模型的强度载荷。

举例而言，应力模型的结果是针对应力单元每个单元给出所承受的力。其中各个类型的应用单元和与其对应的载荷如下所示：

四边形板单元、剪力板对应的载荷：Fx，Fy，Fxy；

杆单元1、杆单元2对应的载荷：Fx；

等截面梁单元和变截面梁单元对应的载荷：Fx，Fy，Fz，M1A，M1B，M2A，M2B。

在强度模型中，针对板单元、长桁单元和框单元的载荷列表如下：

板单元对应的载荷：Fx，Fy，Fxy；

长桁单元对应的载荷：Fx；

框单元对应的载荷：Fx，Fy，Fz，M1，M2(其中M1是从M1A和M1B中取的大值，M2是从M2A和M2B中取的大值)。

由于一个强度单元对应多个应力单元，所以在将应力单元的力载荷结果映射给强度单元的时候，需要将所有的载荷取平均值。以板单元的载荷为例，板单元力载荷的计算公式：

其中，Fx_强度为板单元的强度载荷，Fx1、Fx2、……Fxn为分别为N个应力单元对应的应力载荷。

Fy和Fxy同理，在此不做赘述。

可选地，在获取与应力结果具有映射关系的强度载荷之前，强度载荷为空值。换言之，该强度载荷为待赋值状态。

在本发明实施例中，采用获取飞机结构的应力模型中的应力单元；基于应力单元确定飞机结构的强度模型中的强度单元；获取应力模型中应力单元与应力特性之间的关联关系，确定与强度单元具有关联关系的强度特性；基于强度单元与应力单元的映射关系和应力模型中的应力载荷，获取强度单元的强度载荷，其中，强度载荷用于指示强度单元的最大工作载荷；根据强度单元对应的强度特性得到许用载荷，其中，许用载荷用于指示强度单元的最大承载能力；比较强度载荷和许用载荷，得到飞机结构的安全裕度的方式，通过应力模型中应力单元与应力特性之间的关联关系，达到了根据应力模型中应力单元与应力特性之间的关联关系创建飞机结构的强度模型的目的，从而实现了提高飞机结构的安全性分析的准确度、最大化利用飞机结构的应力模型中的数据的技术效果，进而解决了现有技术中的飞机结构强度计算的初始参数获取繁杂且准确度较低的技术问题。

实施例2

本发明实施例还提供了一种飞机结构强度模型的创建装置。需要说明的是，该实施例的飞机结构强度模型的创建装置可以用于执行本发明实施例的飞机结构强度模型的创建方法。

图8是根据本发明实施例的一种飞机结构强度模型的创建装置的示意图。如图8所示，该飞机结构强度模型的创建装置包括：第一获取单元10、确定单元20、第二获取单元30、第三获取单元40、第四获取单元50和比较单元60。

第一获取单元10，用于获取飞机结构的应力模型中的应力单元。

确定单元20，用于基于应力单元确定飞机结构的强度模型中的强度单元。

第二获取单元30，用于获取应力模型中应力单元与应力特性之间的关联关系，确定与强度单元具有关联关系的强度特性。

第三获取单元40，用于基于强度单元与应力单元的映射关系和应力模型中的应力载荷，获取强度单元的强度载荷，其中，强度载荷用于指示强度单元的最大工作载荷。

第四获取单元50，用于根据强度单元对应的强度特性得到许用载荷，其中，许用载荷用于指示强度单元的最大承载能力。

比较单元60，用于比较强度载荷和许用载荷，得到飞机结构的安全裕度。

可选地，确定单元20包括第一确定子模块和计算子模块。其中，第一确定子模块，用于通过映射文件确定应力单元和强度单元的映射关系；计算子模块，用于通过应力单元所在节点位置来计算强度单元的位置和尺寸。

可选地，该第三获取单元40包括获取模块、读取模块和确定模块。其中，获取模块，用于从应力模型中获取与强度单元具有映射关系的N个应力单元，其中，N为自然数；读取模块，用于从应力模型中读取N个应力单元的应力载荷；确定模块，用于基于N个应力单元的应力载荷，确定强度单元的强度载荷。

可选地，确定模块包括：计算子模块，用于计算N个应力单元的应力载荷的平均值，得到强度载荷。

可选地，确定模块包括获取子模块和第一确定子模块。其中，获取子模块，用于获取N个应力单元的应力载荷序列，其中，应力载荷序列按照N个应力单元的应力载荷的大小排序；第二确定子模块，用于将应力载荷序列中的排序在第一个或最后一个的应力载荷，确定为强度单元的强度载荷。

可选地，比较单元60包括第三确定子模块和第四确定子模块。第三确定子模块，用于在强度载荷不大于许用载荷时，则确定安全裕度指示的检测结果为安全；第四确定子模块，用于在强度载荷大于许用载荷，则确定安全裕度指示的检测结果为不安全。

在本发明实施例中，采用获取飞机结构的应力模型中的应力单元；基于应力单元确定飞机结构的强度模型中的强度单元；获取应力模型中应力单元与应力特性之间的关联关系，确定与强度单元具有关联关系的强度特性；基于强度单元与应力单元的映射关系和应力模型中的应力载荷，获取强度单元的强度载荷，其中，强度载荷用于指示强度单元的最大工作载荷；根据强度单元对应的强度特性得到许用载荷，其中，许用载荷用于指示强度单元的最大承载能力；比较强度载荷和许用载荷，得到飞机结构的安全裕度的方式，通过应力模型中应力单元与应力特性之间的关联关系，达到了根据应力模型中应力单元与应力特性之间的关联关系创建飞机结构的强度模型的目的，从而实现了提高飞机结构的安全性分析的准确度、最大化利用飞机结构的应力模型中的数据的技术效果，进而解决了现有技术中的飞机结构强度计算的初始参数获取繁杂且准确度较低的技术问题。上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种飞机结构强度模型的创建方法，其特征在于，包括：

获取飞机结构的应力模型中的应力单元；

基于所述应力单元确定所述飞机结构的强度模型中的强度单元；

获取所述应力模型中应力单元与应力特性之间的关联关系，确定与所述强度单元具有所述关联关系的强度特性；

基于强度单元与应力单元的映射关系和所述应力模型中的应力载荷，获取所述强度单元的强度载荷，其中，所述强度载荷用于指示所述强度单元的最大工作载荷；

根据所述强度单元对应的强度特性得到许用载荷，其中，所述许用载荷用于指示所述强度单元的最大承载能力；

比较所述强度载荷和所述许用载荷，得到所述飞机结构的安全裕度；

其中，基于所述应力单元确定所述飞机结构的强度模型中的强度单元包括：通过映射文件确定应力单元和强度单元的所述映射关系；通过应力单元所在节点位置来计算强度单元的位置和尺寸。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于强度单元与应力单元的映射关系和所述应力模型中的应力载荷，获取所述强度单元的强度载荷包括：

从所述应力模型中获取与所述强度单元具有所述映射关系的N个所述应力单元，其中，所述N为自然数；

从所述应力模型中读取N个所述应力单元的应力载荷；

基于所述N个所述应力单元的应力载荷，确定所述强度单元的强度载荷。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述N个所述应力单元的应力载荷，确定所述强度单元的强度载荷包括：

计算N个所述应力单元的应力载荷的平均值，得到所述强度载荷。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述N个所述应力单元的应力载荷，确定所述强度单元的强度载荷包括：

获取N个所述应力单元的应力载荷序列，其中，所述应力载荷序列按照所述N个所述应力单元的应力载荷的大小排序；

将所述应力载荷序列中的排序在第一个或最后一个的应力载荷，确定为所述强度单元的所述强度载荷。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

根据所述强度单元对应的强度特性得到许用载荷包括：根据所述强度单元对应的强度特征和所述强度单元的单元尺寸计算所述许用载荷；

比较所述强度载荷和所述许用载荷，得到所述飞机结构的安全裕度包括：

若所述强度载荷不大于所述许用载荷，则确定所述安全裕度指示的检测结果为安全；

若所述强度载荷大于所述许用载荷，则确定所述安全裕度指示的检测结果为不安全。

6.一种飞机结构强度模型的创建装置，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取飞机结构的应力模型中的应力单元；

确定单元，用于基于所述应力单元确定所述飞机结构的强度模型中的强度单元；

第二获取单元，用于获取所述应力模型中应力单元与应力特性之间的关联关系，确定与所述强度单元具有所述关联关系的强度特性；

第三获取单元，用于基于强度单元与应力单元的映射关系和所述应力模型中的应力载荷，获取所述强度单元的强度载荷，其中，所述强度载荷用于指示所述强度单元的最大工作载荷；

第四获取单元，用于根据所述强度单元对应的强度特性得到许用载荷，其中，所述许用载荷用于指示所述强度单元的最大承载能力；

比较单元，用于比较所述强度载荷和所述许用载荷，得到所述飞机结构的安全裕度；

其中，所述确定单元包括：第一确定子模块，用于通过映射文件确定应力单元和强度单元的所述映射关系；计算子模块，用于通过应力单元所在节点位置来计算强度单元的位置和尺寸。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第三获取单元包括：

获取模块，用于从所述应力模型中获取与所述强度单元具有所述映射关系的N个所述应力单元，其中，所述N为自然数；

读取模块，用于从所述应力模型中读取N个所述应力单元的应力载荷；

确定模块，用于基于所述N个所述应力单元的应力载荷，确定所述强度单元的强度载荷。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定模块包括：

计算子模块，用于计算N个所述应力单元的应力载荷的平均值，得到所述强度载荷。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定模块包括：

获取子模块，用于获取N个所述应力单元的应力载荷序列，其中，所述应力载荷序列按照所述N个所述应力单元的应力载荷的大小排序；

第二确定子模块，用于将所述应力载荷序列中的排序在第一个或最后一个的应力载荷，确定为所述强度单元的所述强度载荷。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述比较单元包括：

第三确定子模块，用于在所述强度载荷不大于所述许用载荷时，则确定所述安全裕度指示的检测结果为安全；

第四确定子模块，用于在所述强度载荷大于所述许用载荷，则确定所述安全裕度指示的检测结果为不安全。