CN106557599A - 一种空间力系载荷谱编制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空间力系载荷谱编制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、载荷分区简化令P_ix、P_iy和P_iz依次为节点i在X向、Y向和Z向上的气动力，根据提供的分布节点载荷分别计算出n种载荷工况下X向载荷、Y向载荷和Z向载荷的总合力及相应压心坐标，对于n种载荷工况，m个气动载荷节点在X向、Y向和Z向的合力为F_ix、F_iy和F_iz。

Description

一种空间力系载荷谱编制方法

技术领域

本发明属于飞行器结构强度技术领域，涉及一种空间力系载荷谱编制方法。

背景技术

任何一种疲劳强度试验载荷谱的编制都是保证试验成功的关键环节。对于平行力系，尤其是飞机翼面载荷谱的编制，工程上已经给出了几种成熟的分区方法和明确的理论描述，但是对于对称试验件的空间力系，如何快速其疲劳载荷谱目前还没有跟好的方法。

本发明提出的空间力系载荷谱编制方法，由于是首次使用，所以进行了数值仿真，数值仿真结果表明，这种方法是可行的，根据此方法编制的疲劳载荷谱已经成功完成了试验。

发明内容

本发明的目的是：一种空间力系载荷谱编制方法。

1.一种空间力系载荷谱编制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、载荷分区简化

令P_ix、P_iy和P_iz依次为节点i在X向、Y向和Z向上的气动力，根据提供的分布节点载荷分别计算出n种载荷工况下X向载荷、Y向载荷和Z向载荷的总合力及相应压心坐标，对于n种载荷工况，m个气动载荷节点在X向、Y向和Z向的合力为F_ix、F_iy和F_iz，其中

F_ix的压心坐标(Y_i，Z_i)：

F_iy的压心坐标(X_i,Z_i)：

F_iz的压心坐标(X_i,Y_i)：

坐标(Y_i，Z_i)为Y-Z平面X向载荷总压心，过(Y_i，Z_i)做X轴的平行线，将试验件分成两个区，每个区上载荷分别为F_xi1(y,z)和F_xi2(y,z)，通过调整载荷F_xi1(y,z)和F_xi2(y,z)可以保证X向的总合力通过X向载荷总压心；

坐标(X_i,Z_i)为X-Z平面Y向载荷总压心，过(X_i,Z_i)做Z轴的平行线，将试验件分成两个区，每个区上载荷分别为F_yi1(x,z)和F_yi2(x,z)，通过调整载荷F_yi1(x,z)和F_yi2(x,z)可以保证Y向的总合力通过Y向载荷总压心；

对Z向载荷的处理是在X-Y投影面进行分区，分区方法与Y向载荷不同，不同之处在于分区线只通过压心(X_i,Y_i)但方向不受限制，每个区上载荷分别为F_zi1(x,y)和F_zi2(x,y)，可以通过调整分区线的方向改变F_zi1(x,y)和F_zi2(x,y)的大小，将Z向载荷作用点的X坐标和Y坐标调整到压心误差范围内；

对F_xi1(y,z)、F_xi2(y,z)、F_yi1(x,z)、F_yi2(x,z)、F_zi1(x,y)、F_zi2(x,y)所在区域进行进一步分区，载荷分区依次进行，最终得到胶布带的粘贴位置和各个胶布带的载荷值，同时，根据载荷的大小和作用点位置可以计算出加载杠杆的长度和比例；

步骤二、在有限元模型上模拟胶布带粘贴

用计算机先在试验件的有限元模型上进行了胶布带粘贴，计算机粘贴胶布带的结果如果发生重叠则对载荷重新分区简化，直到不发生重叠为止；

步骤三、计算机模拟加载

用计算机在试验件的有限元模型上沿每级载荷的作用线进行了钢索布置，以验证试验安装中连接件在空间是否会发生干涉，并依此确定载荷是否有必要重新进行分区简化；

步骤四、计算验证

计算验证可以给出试验件上的最大法向应力，在计算中根据法向应力与试验件面板的剥离强度和胶布带承载能力判断疲劳试验过程中试验件面板是否会发生局部剥离、胶布带是否会被拉脱。

附图说明

图1是Y向载荷压心调整原理图；

图2是Z向载荷压心调整原理图；

图3是载荷计算的程序流程图；

图4是胶布带粘贴示意图；

图5是计算模型上布置加载钢索示意图；

图6是结构有限元模型；

图7是胶布带区域加密结构有限元模型；

图8是试验载荷应变云图。

具体实施方式

发明原理：

本发明应用计算机软件对试验件承受的分布气动载荷在三个投影平面(X-Z、Y-Z、X-Y)上分别对对应的轴向载荷用交互分区法进行载荷简化，再按照载荷简化得到的胶布带位置用计算机在试验件的有限元模型上进行粘贴和计算机模拟加载，使得载荷的简化最终达到既能满足载荷精度要求、又能满足三个载荷方向的胶布带不重叠、加载连接件在空间不相互干涉的要求为止。按照胶布带粘贴位置施加局部压力载荷可以确定试验件的危险部位，为试验中应变片的布置提供依据，同时计算机模拟加载还可以给出试验件上的最大法向应力，在计算中能够根据法向应力与试验件面板的剥离强度和胶布带承载能力判断疲劳试验过程中试验件面板是否会发生局部剥离、胶布带是否会被拉脱。下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

步骤一、载荷分区简化

令P_ix、P_iy和P_iz依次为节点i在X向、Y向和Z向上的气动力，根据提供的分布节点载荷分别计算出n种载荷工况下X向载荷、Y向载荷和Z向载荷的总合力及相应压心坐标，对于n种载荷工况，m个气动载荷节点在X向、Y向和Z向的合力为F_ix、F_iy和F_iz，其中

F_ix的压心坐标(Y_i，Z_i)：

F_iy的压心坐标(X_i,Z_i)：

F_iz的压心坐标(X_i,Y_i)：

见图1，坐标(Y_i，Z_i)为Y-Z平面X向载荷总压心，过(Y_i，Z_i)做X轴的平行线，将试验件分成两个区，每个区上载荷分别为F_xi1(y,z)和F_xi2(y,z)，通过调整载荷F_xi1(y,z)和F_xi2(y,z)可以保证X向的总合力通过X向载荷总压心；

坐标(X_i,Z_i)为X-Z平面Y向载荷总压心，过(X_i,Z_i)做Z轴的平行线，将试验件分成两个区，每个区上载荷分别为F_yi1(x,z)和F_yi2(x,z)，通过调整载荷F_yi1(x,z)和F_yi2(x,z)可以保证Y向的总合力通过Y向载荷总压心；

见图2，对Z向载荷的处理是在X-Y投影面进行分区，分区方法与Y向载荷不同，不同之处在于分区线只通过压心(X_i,Y_i)但方向不受限制，每个区上载荷分别为F_zi1(x,y)和F_zi2(x,y)，可以通过调整分区线的方向改变F_zi1(x,y)和F_zi2(x,y)的大小，将Z向载荷作用点的X坐标和Y坐标调整到压心误差范围内；

对F_xi1(y,z)、F_xi2(y,z)、F_yi1(x,z)、F_yi2(x,z)、F_zi1(x,y)、F_zi2(x,y)所在区域进行进一步分区，载荷分区依次进行，最终得到胶布带的粘贴位置和各个胶布带的载荷值，同时，根据载荷的大小和作用点位置可以计算出加载杠杆的长度和比例(图3)。

步骤二、在有限元模型上模拟胶布带粘贴

由于载荷的简化是分别在三个投影面上进行的，载荷简化计算给出的是三个方向上的胶布带粘贴坐标。考虑到胶布带实际粘贴，不同方向载荷的胶布带位置可能会局部重叠，用计算机先在试验件的有限元模型上进行了胶布带粘贴(图4)。计算机粘贴胶布带的结果如果发生重叠则对载荷重新分区简化，直到不发生重叠为止。

步骤三、计算机模拟加载

试验载荷分三个主轴方向施加，施加不同方向载荷的连接件(加载钢索、杠杆)要在试验件壳体内部布置，载荷简化完成后，用计算机在试验件的有限元模型上沿每级载荷的作用线进行了钢索布置，以验证试验安装中连接件在空间是否会发生干涉，依此确定载荷是否有必要重新进行分区简化、是否需要按照钢索布置情况设计专用的加载夹具(图5)。

步骤四、计算验证

计算验证的目的是验证试验载荷的正确性、确定试验件的危险部位，为试验中应变片的布置提供依据；同时计算验证可以给出试验件上的最大法向应力，在计算中根据法向应力与试验件面板的剥离强度和胶布带承载能力判断疲劳试验过程中试验件面板是否会发生局部剥离、胶布带是否会被拉脱。

Claims (1)

1.一种空间力系载荷谱编制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、载荷分区简化

令P_ix、P_iy和P_iz依次为节点i在X向、Y向和Z向上的气动力，根据提供的分布节点载荷分别计算出n种载荷工况下X向载荷、Y向载荷和Z向载荷的总合力及相应压心坐标，对于n种载荷工况，m个气动载荷节点在X向、Y向和Z向的合力为F_ix、F_iy和F_iz，其中

$F_{ix}=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{P}_{ix},(i=1,n)$

$F_{iy}=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{P}_{iy},(i=1,n)$

$F_{iz}=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{P}_{iz},(i=1,n)$

F_ix的压心坐标(Y_i，Z_i)：

$\begin{array}{cc}{Y}_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}\left(P_{ijx}{Y}_j\right)}{F_{ix}},& Z_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}\left(P_{ijx}{Z}_j\right)}{F_{ix}}\end{array},(i=1,n)$

F_iy的压心坐标(X_i,Z_i)：

$\begin{array}{cc}{X}_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}\left(P_{ijy}{X}_j\right)}{F_{iy}},& Z_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}\left(P_{ijy}{Z}_j\right)}{F_{iy}}\end{array},(i=1,n)$

F_iz的压心坐标(X_i,Y_i)：

$\begin{array}{cc}{X}_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}\left(P_{ijz}{Y}_j\right)}{F_{iz}},& Y_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}\left(P_{ijz}{Y}_j\right)}{F_{iz}}\end{array},(i=1,n)$

坐标(Y_i，Z_i)为Y-Z平面X向载荷总压心，过(Y_i，Z_i)做X轴的平行线，将试验件分成两个区，每个区上载荷分别为F_xi1(y,z)和F_xi2(y,z)，通过调整载荷F_xi1(y,z)和F_xi2(y,z)可以保证X向的总合力通过X向载荷总压心；

坐标(X_i,Z_i)为X-Z平面Y向载荷总压心，过(X_i,Z_i)做Z轴的平行线，将试验件分成两个区，每个区上载荷分别为F_yi1(x,z)和F_yi2(x,z)，通过调整载荷F_yi1(x,z)和F_yi2(x,z)可以保证Y向的总合力通过Y向载荷总压心；

对Z向载荷的处理是在X-Y投影面进行分区，分区方法与Y向载荷不同，不同之处在于分区线只通过压心(X_i,Y_i)但方向不受限制，每个区上载荷分别为F_zi1(x,y)和F_zi2(x,y)，可以通过调整分区线的方向改变F_zi1(x,y)和F_zi2(x,y)的大小，将Z向载荷作用点的X坐标和Y坐标调整到压心误差范围内；

对F_xi1(y,z)、F_xi2(y,z)、F_yi1(x,z)、F_yi2(x,z)、F_zi1(x,y)、F_zi2(x,y)所在区域进行进一步分区，载荷分区依次进行，最终得到胶布带的粘贴位置和各个胶布带的载荷值，同时，根据载荷的大小和作用点位置可以计算出加载杠杆的长度和比例；

步骤二、在有限元模型上模拟胶布带粘贴

用计算机先在试验件的有限元模型上进行了胶布带粘贴，计算机粘贴胶布带的结果如果发生重叠则对载荷重新分区简化，直到不发生重叠为止；

步骤三、计算机模拟加载

用计算机在试验件的有限元模型上沿每级载荷的作用线进行了钢索布置，以验证试验安装中连接件在空间是否会发生干涉，并依此确定载荷是否有必要重新进行分区简化；

步骤四、计算验证

计算验证可以给出试验件上的最大法向应力，在计算中根据法向应力与试验件面板的剥离强度和胶布带承载能力判断疲劳试验过程中试验件面板是否会发生局部剥离、胶布带是否会被拉脱。