CN107451362A - 一种机翼盒段有限元建模方法 - Google Patents

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王晓阳
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Abstract

本发明涉及飞机机翼结构设计，特别涉及一种机翼盒段有限元建模方法。机翼盒段有限元建模方法包括如下步骤：构建机翼骨架模型，机翼骨架模型包括肋平面、上翼面长桁轴线、下翼面长桁轴线、梁上缘条轴线、梁下缘条轴线；构建预定的机翼有限元建模规则，机翼有限元建模规则是以结点和单元的位置对结点和单元进行命名，命名中包括长桁轴线和肋平面的编号；创建机翼上翼面有限元结点；创建机翼下翼面有限元结点；创建机翼有限元单元。本发明的机翼盒段有限元建模方法以飞机有限元建模规范为要求，实现模型的结构化输出，使得模型的编号和机翼骨架结构具有对应关系，可读性强，便于设计人员实现参数的快速迭代及多层次需求，进一步实现结构的参数优化。

Description

一种机翼盒段有限元建模方法
技术领域
本发明涉及飞机机翼结构设计，特别涉及一种机翼盒段有限元建模方法。
背景技术
在机翼结构设计中，确定机翼盒段的结构型式、结构布置、各部件的参数设计，需要进行多种方案的分析比较，因此要进行多轮方案的有限元建模工作，工作量很大。
当前市场的一些主流建模工具如Patran、LMS、HyperMesh等，在建模效率上具有一定优势，但是未能满足型号建模规范化的需求，使得模型在数据处理上工作量很大，模型不易被设计人员识别，参数迭代处理需要花费大量时间来解决。
发明内容
本发明的目的是提供了一种机翼盒段有限元建模方法，以解决现有机翼盒段设计方法存在的至少一个问题。
本发明的技术方案是：
一种机翼盒段有限元建模方法，包括如下步骤：
步骤一、构建机翼骨架模型，所述机翼骨架模型包括肋平面、上翼面长桁轴线、下翼面长桁轴线、梁上缘条轴线、梁下缘条轴线；
步骤二、构建预定的机翼有限元建模规则，所述机翼有限元建模规则是以结点和单元的位置对所述结点和单元进行命名，所述命名中包括长桁轴线和肋平面的编号；
步骤三、创建机翼上翼面有限元结点；
步骤四、创建机翼下翼面有限元结点；
步骤五、创建机翼有限元单元。
可选的，在所述步骤三中，创建机翼上翼面有限元结点具体包括：
步骤3.1、获取肋平面、上翼面长桁轴线、梁上缘条轴线；
步骤3.2、沿机翼展向方向依次求梁上缘条轴线与肋平面的结点，并按照所述机翼有限元建模规则对结点命名；
步骤3.3、沿弦向依次选取上翼面长桁轴线，并沿机翼展向方向依次求解每条上翼面长桁轴线与肋平面的结点，并按照所述机翼有限元建模规则对结点命名。
可选的，在所述步骤四中，是参照步骤三中的顺序来创建机翼下翼面有限元结点。
可选的，在所述步骤五中，创建机翼有限元单元具体包括：
步骤5.1、获取上翼面长桁上相邻的结点，分别沿展向生成上翼面长桁的杆单元；获取下翼面长桁上相邻的结点，分别沿展向生成下翼面长桁的杆单元，并按照所述机翼有限元建模规则对单元命名；
步骤5.2、获取肋上翼面相邻的结点，沿弦向生成肋上缘条的杆单元；获取肋下翼面相邻的结点，沿弦向生成肋下缘条的杆单元；并按照所述机翼有限元建模规则对单元命名；
步骤5.3、获取上翼面上在展向和弦向上相邻的四个结点，生成上翼面蒙皮单元；获取下翼面上在展向和弦向上相邻的四个结点，生成下翼面蒙皮单元；并按照所述机翼有限元建模规则对单元命名；
步骤5.4、获取梁上缘条上相邻的结点，分别沿展向生成梁上缘条的杆单元；获取梁下缘条上相邻的结点，分别沿展向生成梁下缘条的杆单元；并按照所述机翼有限元建模规则对单元命名；
步骤5.5、获取肋平面上上下翼面上相邻的结点，生成肋支柱的杆单元，并按照所述机翼有限元建模规则对单元命名；
步骤5.6、获取肋平面上上下翼面弦向上相邻的四个结点，生成肋腹板的单元，并按照所述机翼有限元建模规则对单元命名；
步骤5.7、获取梁上缘条轴线以及梁下缘条轴线展向上相邻的四个结点，生成梁腹板的单元，并按照所述机翼有限元建模规则对单元命名。
发明效果：
本发明的机翼盒段有限元建模方法，以飞机有限元建模规范为要求，实现模型的结构化输出，使得模型的编号和机翼骨架结构具有对应关系，可读性强，便于设计人员实现参数的快速迭代及多层次需求，进一步实现结构的参数优化。
附图说明
图1是本发明机翼盒段有限元建模方法中机翼骨架模型的结构示意图；
图2是本发明机翼盒段有限元建模方法中长桁单元的示意图；
图3是本发明机翼盒段有限元建模方法中蒙皮单元的示意图；
图4是本发明机翼盒段有限元建模方法中肋腹板单元的示意图；
图5是本发明机翼盒段有限元建模方法中肋缘条单元的示意图。
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。
下面结合附图1至图5对本发明的机翼盒段有限元建模方法做进一步详细说明。
本发明提供了一种机翼盒段有限元建模方法，具体可以包括如下步骤：
步骤一、通过已知的多种适合软件构建如图1所示的机翼骨架模型；其中，机翼骨架模型包括肋平面1、上翼面长桁轴线2、下翼面长桁轴线、梁上缘条轴线3、梁下缘条轴线4。其中，肋平面1可以为多个，图1中每条肋轴线处可以为一个肋平面1，具体数量可以根据需要进行适合的选择；上翼面长桁轴线2以及下翼面长桁轴线(在图1中的底部，因此未示出)分别是上翼面长桁和下翼面长桁的轴线，其数量均可以为多条；梁上缘条轴线3和梁下缘条轴线4分别是梁上缘条和梁下缘条的轴线，梁上缘条和梁下缘条分别为两条(其中一条在图1中的底部，因此未示出)，其对应的轴线也分别为两条。
步骤二、构建预定的机翼有限元建模规则，机翼有限元建模规则是根据结点5和单元的位置对结点5和单元进行命名；其中，命名中包括长桁轴线和肋平面1的编号；需要说明的是，具体编号可以根据需要选择为多种；例如，设定结点编号为310101，其中3表示机翼，第二位数字1表示上翼面，第三、四位数字01表示第一肋，第五、六位数字01表示第一长桁，以此类推；再例如，根据上述结点的设定，再设定单元编号3101012，其中3表示机翼，第二位数字1表示上翼面，第三、四位数字01表示第一肋，第五、六位数字01表示第一长桁，第七位数字2表示蒙皮单元。
步骤三、创建机翼上翼面有限元结点。其中，是在CATIA环境中实现上翼面长桁轴线2与肋平面的求交运算，得到模型所需的上翼面有限元结点。
具体地，在步骤三中，创建机翼上翼面有限元结点包括：
步骤3.1、获取肋平面1、上翼面长桁轴线2、梁上缘条轴线3；
步骤3.2、沿机翼展向方向依次求梁上缘条轴线3与每个肋平面1的结点5(又叫交点)，并按照上述机翼有限元建模规则对结点5命名；
步骤3.3、沿弦向依次选取上翼面长桁轴线2，并沿机翼展向方向依次求解每条上翼面长桁轴线2与肋平面1的结点，并按照机翼有限元建模规则对结点5命名。
步骤四、创建机翼下翼面有限元结点。同样，是在CATIA环境中实现下翼面长桁轴线与肋平面的求交运算，得到模型所需的下翼面有限元结点。
具体地，参照步骤三中的顺序来创建机翼下翼面有限元结点包括：
步骤4.1、获取肋平面1、上翼面长桁轴线、梁下缘条轴线4；
步骤4.2、沿机翼展向方向依次求梁下缘条轴线4与每个肋平面1的结点5，并按照上述机翼有限元建模规则对结点5命名；
步骤4.3、沿弦向依次选取下翼面长桁轴线，并沿机翼展向方向依次求解每条下翼面长桁轴线与肋平面1的结点，并按照机翼有限元建模规则对结点5命名。
步骤五、创建机翼有限元单元。通过获取相邻结点，分别沿展向生成长桁的杆单元；沿弦向生成肋缘条的杆单元；同时沿展向、弦向生成蒙皮单元；梁、肋腹板的单元是获取上下翼面对应结点生成的。
具体地，创建机翼有限元单元包括：
步骤5.1、获取上翼面长桁上相邻的结点5，分别沿展向生成上翼面长桁的杆单元；获取下翼面长桁上相邻的结点5，分别沿展向生成下翼面长桁的杆单元，并按照上述机翼有限元建模规则对单元命名；
步骤5.2、获取肋上翼面相邻的结点5，沿弦向生成肋上缘条的杆单元；获取肋下翼面相邻的结点5，沿弦向生成肋下缘条的杆单元；并按照上述机翼有限元建模规则对单元命名；
步骤5.3、获取上翼面上在展向和弦向上相邻的四个结点5，生成上翼面蒙皮单元；获取下翼面上在展向和弦向上相邻的四个结点5，生成下翼面蒙皮单元；并按照机翼有限元建模规则对单元命名；
步骤5.4、获取梁上缘条上相邻的结点5，分别沿展向生成梁上缘条的杆单元；获取梁下缘条上相邻的结点5，分别沿展向生成梁下缘条的杆单元；并按照上述机翼有限元建模规则对单元命名；
步骤5.5、获取肋平面上上下翼面上相邻的结点5，生成肋支柱的杆单元，并按照机翼有限元建模规则对单元命名；
步骤5.6、获取肋平面上上下翼面弦向上相邻的四个结点5，生成肋腹板的单元，并按照上述机翼有限元建模规则对单元命名；
步骤5.7、获取梁上缘条轴线3以及梁下缘条轴线4展向上相邻的四个结点5，生成梁腹板的单元，并按照上述机翼有限元建模规则对单元命名。
最终，生成机翼盒段有限元模型。具体地，可以先创建左机翼模型，再采用对称方法建立右机翼模型。这样不仅实现了单边机翼的建模，并且实现了机翼全模型的建立。
本发明的机翼盒段有限元建模方法，以飞机有限元建模规范为要求，实现模型的结构化输出，使得模型的编号和机翼骨架结构具有对应关系，可读性强，便于设计人员实现参数的快速迭代及多层次需求，进一步实现结构的参数优化。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种机翼盒段有限元建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、构建机翼骨架模型，所述机翼骨架模型包括肋平面(1)、上翼面长桁轴线(2)、下翼面长桁轴线、梁上缘条轴线(3)、梁下缘条轴线(4)；
步骤二、构建预定的机翼有限元建模规则，所述机翼有限元建模规则是以结点(5)和单元的位置对所述结点(5)和单元进行命名，所述命名中包括长桁轴线和肋平面(1)的编号；
步骤三、创建机翼上翼面有限元结点；
步骤四、创建机翼下翼面有限元结点；
步骤五、创建机翼有限元单元。
2.根据权利要求1所述的机翼盒段有限元建模方法，其特征在于，在所述步骤三中，创建机翼上翼面有限元结点具体包括：
步骤3.1、获取肋平面(1)、上翼面长桁轴线(2)、梁上缘条轴线(3)；
步骤3.2、沿机翼展向方向依次求梁上缘条轴线(3)与肋平面(1)的结点(5)，并按照所述机翼有限元建模规则对结点(5)命名；
步骤3.3、沿弦向依次选取上翼面长桁轴线(2)，并沿机翼展向方向依次求解每条上翼面长桁轴线(2)与肋平面(1)的结点，并按照所述机翼有限元建模规则对结点(5)命名。
3.根据权利要求2所述的机翼盒段有限元建模方法，其特征在于，在所述步骤四中，是参照步骤三中的顺序来创建机翼下翼面有限元结点。
4.根据权利要求3所述的机翼盒段有限元建模方法，其特征在于，在所述步骤五中，创建机翼有限元单元具体包括：
步骤5.1、获取上翼面长桁上相邻的结点(5)，分别沿展向生成上翼面长桁的杆单元；获取下翼面长桁上相邻的结点(5)，分别沿展向生成下翼面长桁的杆单元，并按照所述机翼有限元建模规则对单元命名；
步骤5.2、获取肋上翼面相邻的结点(5)，沿弦向生成肋上缘条的杆单元；获取肋下翼面相邻的结点(5)，沿弦向生成肋下缘条的杆单元；并按照所述机翼有限元建模规则对单元命名；
步骤5.3、获取上翼面上在展向和弦向上相邻的四个结点(5)，生成上翼面蒙皮单元；获取下翼面上在展向和弦向上相邻的四个结点(5)，生成下翼面蒙皮单元；并按照所述机翼有限元建模规则对单元命名；
步骤5.4、获取梁上缘条上相邻的结点(5)，分别沿展向生成梁上缘条的杆单元；获取梁下缘条上相邻的结点(5)，分别沿展向生成梁下缘条的杆单元；并按照所述机翼有限元建模规则对单元命名；
步骤5.5、获取肋平面上上下翼面上相邻的结点(5)，生成肋支柱的杆单元，并按照所述机翼有限元建模规则对单元命名；
步骤5.6、获取肋平面上上下翼面弦向上相邻的四个结点(5)，生成肋腹板的单元，并按照所述机翼有限元建模规则对单元命名；
步骤5.7、获取梁上缘条轴线(3)以及梁下缘条轴线(4)展向上相邻的四个结点(5)，生成梁腹板的单元，并按照所述机翼有限元建模规则对单元命名。
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