CN107590304B - 一种确定连接件中板元素应力的方法、装置和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种确定连接件中板元素应力的方法、装置和电子书设备，其中所述方法包括：确定连接件包含的各板元素、各钉元素、板元素总层数、各板元素的位置信息以及各所述钉元素的位置信息；确定各板元素对应的刚度以及各所述钉元素对应的刚度；基于各板元素对应的刚度和位置信息以及所述板元素总层数，各钉元素对应的刚度和位置信息，构建所述连接件的总刚矩阵，缩减总刚矩阵；依据缩减后的总刚矩阵，确定与连接件相匹配的板内力计算公式；根据板内力计算公式计算各板元素对应的内力；针对每个板元素，依据板元素对应的内力以及板元素的面积确定板元素的应力，不仅能够节省人力资源，还可以提升处理效率以及计算结果的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及飞机结构分析技术领域，特别是涉及一种确定连接件中板元素应力的方法、装置和电子设备。
背景技术
飞机结构中包含多处连接细节，而连接细节处通常设置有连接件，连接件由多个板以及多个钉组合而成。在对飞机结构细节应力进行分析时，确定飞机结构危险细节处所承受的应力是非常重要的。针对一个连接件对其细节应力分析时既要确定该连接件包含的板的旁路载荷，又要确定该连接件包含的每个钉的传递载荷。即便是一个钉不多的连接件，其静不定度也很高，因此确定连接件中各板所受应力至关重要。
目前在确定连接件中板所受应力时，需要技术人员依据解析法手动、逐个计算各板所受应力。现有的通过技术人员计算板所受应力的方法，由于完全依赖人工手动实现故效率低且消耗大量人力资源；不仅如此，由于技术人员凭借主观意识确定连接件中板、钉以及板钉间的位置关系，因此，在计算过程中难免会出现错误，影响结果准确性。
发明内容
鉴于上述现有的确定连接件中板所受应力的方案效率低、结果准确性低的问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的确定连接件中板元素应力的方法、装置和电子设备。
依据本发明的一个方面，提供了一种确定连接件中板元素应力的方法，包括：确定连接件包含的各板元素、各钉元素、板元素总层数、各所述板元素的位置信息以及各所述钉元素的位置信息；确定各所述板元素对应的刚度以及各所述钉元素对应的刚度；基于各所述板元素对应的刚度和位置信息以及所述板元素总层数，构建板元素的刚度矩阵；基于各所述钉元素对应的刚度和位置信息，构建钉元素的刚度矩阵；依据所述板元素的刚度矩阵与所述钉元素的刚度矩阵，构建所述连接件的总刚矩阵；删除所述总刚矩阵中载荷为0的行和列，得到缩减后的总刚矩阵；依据所述缩减后的总刚矩阵，确定与所述连接件相匹配的板内力计算公式；根据所述板内力计算公式计算各板元素对应的内力；针对每个板元素，依据所述板元素对应的内力以及所述板元素的面积确定所述板元素的应力。
可选地，所述依据所述缩减后的总刚矩阵，确定与所述连接件相匹配的板内力计算公式的步骤，包括：基于有限元法将所述缩减后的总刚矩阵创建成位移矩阵；基于静力平衡条件、变形协调原理以及所述位移矩阵，确定与所述连接件相匹配的板内力计算公式。
可选地，当所述总层数为两层、且所述连接件中各板元素与各钉元素的刚度均相同时，与所述连接件相匹配的板内力计算公式为第一方程组；当所述总层数为两层、且所述连接件中各板元素与各钉元素的刚度不同时，与所述连接件相匹配的板内力计算公式为第二方程组；当所述总层数为三层、且所述连接件中各板元素与各钉元素的刚度均相同时，与所述连接件相匹配的板内力计算公式为第三方程组；当所述总层数为三层、且所述连接件中各板元素与各钉元素的刚度不同时，与所述连接件相匹配的板内力计算公式为第四方程组。
可选地，所述确定各所述板元素对应的刚度以及各所述钉元素对应的刚度的步骤，包括：依据所述连接件对应的输入拉力总载，各所述板元素的尺寸、杨氏模量，各所述钉元素的直径、弹性模量、剪切模量，确定各所述板元素对应的刚度以及各所述钉元素对应的刚度。
依据本发明的一个方面，提供了一种确定连接件中板元素应力的装置，包括：第一确定模块，用于确定连接件包含的各板元素、各钉元素、板元素总层数、各所述板元素的位置信息以及各所述钉元素的位置信息；第二确定模块，用于确定各所述板元素对应的刚度以及各所述钉元素对应的刚度；第一构建模块，用于基于各所述板元素对应的刚度和位置信息以及所述板元素总层数，构建板元素的刚度矩阵；第二构建模块，用于基于各所述钉元素对应的刚度和位置信息，构建钉元素的刚度矩阵；第三构建模块，用于依据所述板元素的刚度矩阵与所述钉元素的刚度矩阵，构建所述连接件的总刚矩阵；缩减模块，用于删除所述总刚矩阵中载荷为0的行和列，得到缩减后的总刚矩阵；第三确定模块，用于依据所述缩减后的总刚矩阵，确定与所述连接件相匹配的板内力计算公式；应力计算模块，用于根据所述板内力计算公式计算所述板元素对应的内力；针对每个板元素，依据所述板元素对应的内力以及所述板元素的面积确定所述板元素的应力。
可选地，所述缩减模块包括：位移矩阵构建子模块，用于基于有限元法将所述缩减后的总刚矩阵创建成位移矩阵；公式确定子模块，用于基于静力平衡条件、变形协调原理以及所述位移矩阵，确定与所述连接件相匹配的板内力计算公式。
可选地，当所述总层数为两层、且所述连接件中各板元素与各钉元素的刚度均相同时，与所述连接件相匹配的板内力计算公式为第一方程组；当所述总层数为两层、且所述连接件中各板元素与各钉元素的刚度不同时，与所述连接件相匹配的板内力计算公式为第二方程组；当所述总层数为三层、且所述连接件中各板元素与各钉元素的刚度均相同时，与所述连接件相匹配的板内力计算公式为第三方程组；当所述总层数为三层、且所述连接件中各板元素与各钉元素的刚度不同时，与所述连接件相匹配的板内力计算公式为第四方程组。
可选地，所述第二确定模块具体用于：依据所述连接件对应的输入拉力总载，各所述板元素的尺寸、杨氏模量，各所述钉元素的直径、弹性模量、剪切模量，确定各所述板元素对应的刚度以及各所述钉元素对应的刚度。
依据本发明的又一个方面，提供了一种电子设备，包括有存储器，以及一个或者一个以上的程序，其中一个或者一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行如权利要求书中任意一项所述的确定连接件中板元素应力的方法。
依据本发明的再一个方面，提供了一种可读存储介质，当所述可读存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如权利要求书中任意一项所述的确定连接件中板元素应力的方法。
本发明实施例提供的确定连接件中板元素应力的方法、装置和电子设备，将连接件中包含的每个板作为一个板元素，每个钉作为一个钉元素，通过计算机程序确定各板元素、各钉元素对应的刚度，并依据各板元素的刚度、钉元素的刚度以及位置信息构建连接件的总刚矩阵，依据总刚矩阵确定与连接件相匹配的板内力计算公式；根据板内力计算公式，自动计算各板元素对应的内力从而进一步依据板元素对应的内力以及板元素的面积确定板元素的应力。本发明实施例提供的确定连接件中板元素应力的方法，由计算机程序自动计算连接件中各板元素的应力，相较于现有的需要人工手动计算的方案而言，不仅能够节省人力资源，还可以提升处理效率以及计算结果的准确性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是根据本发明实施例一的一种确定连接件中板元素应力方法的步骤流程图；
图2是包含双层板的连接件的结构示意图；
图3是根据本发明实施例二的一种确定连接件中板元素应力的方法的步骤流程图；
图4是包含三层板的连接件的结构示意图；
图5是根据本发明实施例三的一种确定连接件中板元素应力的装置的结构框图；
图6是根据本发明实施例四的一种确定连接件中板元素应力的装置的结构框图；
图7是根据本发明实施例五的一种电子设备的结构框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例一
参照图1，示出了本发明实施例一的一种确定连接件中板元素应力的方法的步骤流程图。
本发明实施例中的确定连接件中板元素应力的方法包括以下步骤：
步骤101：确定连接件包含的各板元素、各钉元素、板元素总层数、各板元素的位置信息以及各钉元素的位置信息。
连接件包含多个板以及多个钉，板与板之间通过钉连接。本发明实施例中，将每个板看作一个板元素，每个钉看作一个钉元素。
板与板、板与钉之间位置关系则可通过板元素的位置信息、钉元素的位置信息来表征。板元素总层数即连接件中包含板的总层数。一个连接件可以包含2层板、3层板或更多层板，所包含板的总层数越多则连接件的结构越复杂。
步骤102：确定各板元素对应的刚度以及各钉元素对应的刚度。
具体地，可以依据连接件对应的输入拉力总载，各板元素的尺寸、杨氏模量，各钉元素的直径、弹性模量、剪切模量，确定各板元素对应的刚度以及各钉元素对应的刚度。
步骤103：基于各板元素对应的刚度和位置信息以及板元素总层数，构建板元素的刚度矩阵。
步骤104：基于各钉元素对应的刚度和位置信息，构建钉元素的刚度矩阵。
步骤105：依据板元素的刚度矩阵与钉元素的刚度矩阵，构建连接件的总刚矩阵。
步骤106：删除总刚矩阵中载荷为0的行和列，得到缩减后的总刚矩阵。
若矩阵中某行的数值均为0，则将该行整体删除；若矩阵中某列的数值均为0，则将该列整体删除，从而完成对总刚矩阵的缩减，对总刚矩阵进行缩减能够减轻计算量。
步骤107：依据缩减后的总刚矩阵，确定与连接件相匹配的板内力计算公式。
连接件的板元素的总层数不同，则板内力计算公式也不同。此外，即便是板元素的总层数相同，连接件板元素对应的刚度、钉元素对应的刚度均相同、与不均相同情况下，所对应的板内力计算公式也不同。
而板元素的总层数、板元素对应的刚度、钉元素对应的刚度是否均相同，均可通过缩减后的总刚矩阵体现，因此需要依据缩减后的总刚矩阵，确定与连接件相匹配的板内力计算公式。
步骤108：根据板内力计算公式计算各板元素对应的内力；针对每个板元素，依据板元素对应的内力以及板元素的面积确定板元素的应力。
通过板内力计算公式可以计算得到各钉元素的钉传载荷。通过各钉元素的钉传载荷即可得到各板元素对应的内力。将板元素的内力与板元素的面积的商值确定为板元素的应力。
本发明实施例中以确定一个连接件中板元素应力流程为例进行说明，在具体实现过程中若需要对多个连接件的应力细节进行分析，则重复执行步骤101至步骤108即可。计算机程序即可自动将确定的连接件中各板元素应力进行对应存储，并生成特定格式的文本。此外计算机程序还可以输出计算过程所得到的各板元素载荷即内力、钉元素载荷。
对于特定格式的设定可以由本领域技术人员根据实际需求进行设置，本发明实施例中对此不作具体限定，例如设置成Force卡的格式、Excel表的格式等。
本发明实施例提供的确定连接件中板元素应力的方法，将连接件中包含的每个板作为一个板元素，每个钉作为一个钉元素，通过计算机程序确定各板元素、各钉元素对应的刚度，并依据各板元素的刚度、钉元素的刚度以及位置信息构建连接件的总刚矩阵，依据总刚矩阵确定与连接件相匹配的板内力计算公式；根据板内力计算公式，自动计算各板元素对应的内力从而进一步依据板元素对应的内力以及板元素的面积确定板元素的应力。本发明实施例提供的确定连接件中板元素应力的方法，由计算机程序自动计算连接件中各板元素的应力，相较于现有的需要人工手动计算的方案而言，不仅能够节省人力资源，还可以提升处理效率以及计算结果的准确性。
实施例二
参照图3，示出了本发明实施例二的一种确定连接件中板元素应力的方法的步骤流程图。
本发明实施例中以待分析的连接件包含双层板为例进行说，本发明实施例中由存储在电子设备中的计算机程序执行确定连接件中板元素应力的方法的流程，具体包括以下步骤：
步骤201：确定连接件包含的各板元素、各钉元素、板元素总层数、各板元素的位置信息以及各钉元素的位置信息。
板元素的位置信息可以表征板是第几层、第几块板；同理，钉元素的位置信息可以表征钉是第几层、第几个钉并且与其相邻的为哪块板。本步骤即将连接件离散成板元素以及钉元素，在计算过程中每个板元素具有唯一标识，每个钉元素也具有唯一标识。
本发明实施例中的连接件的结构如图2所示。从图2中可知，连接件包含两层板，被离散成四个板元素标识分别为A、B、C以及D；三个钉元素标识分别为1、2以及3。
步骤202：确定各板元素对应的刚度以及各钉元素对应的刚度。
依据连接件对应的输入拉力总载P，各板元素的尺寸、杨氏模量，各钉元素的直径、弹性模量、剪切模量，确定各板元素对应的刚度以及各钉元素对应的刚度。其中，输入拉力总载P，各板元素的尺寸、杨氏模量，各钉元素的直径、弹性模量、剪切模量这些参数都是已知参数。
例如：P＝1000N；上板厚度tupper＝1mm，下板厚度tlower＝1.5mm，Pitch1-2＝Pitch2-3＝20mm即各板长均为20mm，上板与下板宽度均为20mm；上下板均为铝材，其杨氏模量E＝71000MPa；钉直径均为4mm，钉的弹性模量E＝71000MPa、剪切模量G＝25000MPa。
则依据上述参数所确定出的板元素、钉元素对应的刚度(单位为N/mm)如下：
| Plate1 | Fast1 | Plate2 | Fast2 | Plate3 | Fast3 | Plate4 | Fast4 | Plate5 | Fast5 |
| 71000 | 71000 | 71000 | 71000 | ||||||
| 27670 | 27670 | 27670 | |||||||
| 106500 | 106500 | 106500 | 106500 |
Plate为板，Fast为紧固件即钉。
步骤203：基于各板元素对应的刚度和位置信息以及板元素总层数，构建板元素的刚度矩阵。
步骤204：基于各钉元素对应的刚度和位置信息，构建钉元素的刚度矩阵。
步骤205：依据板元素的刚度矩阵与钉元素的刚度矩阵，构建连接件的总刚矩阵。
步骤206：删除总刚矩阵中载荷为0的行和列，得到缩减后的总刚矩阵。
依然延续上述举例，基于步骤202中所确定的各板元素的刚度、各钉元素的刚度所创建出的、缩减后的总刚矩阵如下：
步骤207：基于有限元法将缩减后的总刚矩阵创建成位移矩阵。
具体地，依据公式Ui＝Ki -1·Pi创建位移矩阵，其中，Ki -1为第i个连接件对应的缩减后的总刚矩阵，Pi为第i个连接件对应的输入拉力总载。
依然延续上述举例，基于步骤206中所确定缩减后的总刚矩阵创建成的位移矩阵如下：
步骤208：基于静力平衡条件、变形协调原理以及位移矩阵，确定与连接件相匹配的板内力计算公式。
静力平衡条件原理具体为：连接件中各板元素、钉元素载荷之和等于输入拉力总载，连接件中各板元素、钉元素沿X方向的总载荷等于输入拉力总载沿X方向的分量，连接件中各板元素、钉元素沿Y方向的总载荷等于输入拉力总载沿Y方向的分量。
当连接件中各板元素与各钉元素的柔度均相同时，与连接件相匹配的板内力计算公式为第一方程组。柔度的倒数即刚度，因此柔度相同则刚度相同，柔度不同则刚度不同。
连接件中钉元素即紧固件，钉元素的柔度可以用C表示、上板元素的柔度可以用Fsh表示、下板元素的柔度可以用Fxi表示。当连接件中各板元素与各钉元素的刚度均相同时，则表明紧固件及板的柔度C、Fsh、Fxi为常数，第一方程组所包含的具体公式如下：
递推方程：
其中，i＝2，3，……，n-1；
Ri表示第i个钉的钉传载荷，通过递推方程可以计算出除边界处的钉元素对应的钉传载荷。
左边界条件方程：
右边界条件方程：
通过左边界条件方程、右边界条件方程也可以分别计算出位于左、右边界处的钉元素的钉传载荷。计算出各钉元素的钉传载荷后，依据钉元素与板元素之间的位置关系进行钉传载荷叠加，得到板元素对应的载荷即内力。
当连接件中各板元素与各钉元素的刚度不同时，与连接件相匹配的板内力计算公式为第二方程组；
当连接件中各板元素与各钉元素的刚度不同时，则表明紧固件及板的柔度C、Fsh、Fxi为任意值，第二方程组所包含的具体公式如下：
其中，i＝2，3，……，n-1；
Ri表示第i个钉的钉传载荷，通过第二方程组可以计算得到各钉元素对应的钉传载荷。各钉元素的钉传载荷后，依据钉元素与板元素之间的位置关系进行钉传载荷叠加，得到板元素对应的载荷即内力。
步骤209：根据板内力计算公式计算各板元素对应的内力；针对每个板元素，依据板元素对应的内力以及板元素的面积确定板元素的应力。
通过步骤202中确定的各板元素对应的刚度以及各钉元素对应的刚度，即可确定采用第二方程组还是采用第三方程组作为板内力计算公式。在确定当前本次计算所采用的内力计算公式后，基于该公式计算各钉元素的钉传载荷，并依据钉元素与板元素之间的位置关系进行钉传载荷叠加，得到板元素对应的载荷即内力。
计算机程序可自动将确定的连接件中各板元素应力进行对应存储，并生成特定格式的文本。此外计算机程序还可以输出计算过程所得到的各板元素载荷即内力、钉元素载荷。
依然延续上述举例，则输出的钉传载荷信息为：
| Fast#1 | Fast#2 | Fast#3 | Fast#4 | Total |
| 0 | 324 | 274 | 402 | 1000 |
其中，载荷的单位为N。
输出的板载信息为：
| Plate#1 | Plate#2 | Plate#3 | Plate#4 | Plate#5 |
| 0 | 324 | 598 | 1000 | |
| 1000 | 1000 | 676 | 402 |
输出的板元素应力信息为：
其中，板应力单位为Mpa。
本发明实施例中参照图2以待分析的连接件包含双层板为例进行的说明。在具体实现过程中，若待分析连接件包含三层板，例如：图4中所示的连接件，则在确定该连接件中板元素应力时，依然执行步骤201至步骤209，与双层板连接件的处理流程不同之处在于，与连接件相匹配的板内力计算公式不同。
具体地，当连接件板元素总层数为三层、且连接件中各板元素与各钉元素的刚度均相同时，与连接件相匹配的板内力计算公式为第三方程组；
当连接件板元素总层数为三层、且连接件中各板元素与各钉元素的刚度不同时，与连接件相匹配的板内力计算公式为第四方程组。
当连接件中各板元素与各钉元素的刚度均相同时，则表明紧固件及板的柔度C、Fsh、Fxi为常数，第三方程组所包含的具体公式如下：
递推方程：
Ri表示第i个钉的钉传载荷，Fc为侧板的柔度即上下两相同板的柔度，也即上下两相同板的刚度的倒数，Fzh为中间板的柔度即中间板的刚度的倒数；通过递推方程可以计算出除边界处的钉元素对应的钉传载荷。
左边界条件方程：
右边界条件：
通过左边界条件方程、右边界条件方程也可以分别计算出位于左、右边界处的钉元素的钉传载荷。各钉元素的钉传载荷后，依据钉元素与板元素之间的位置关系进行钉传载荷叠加，得到板元素对应的载荷即内力。
当连接件中各板元素与各钉元素的刚度不同时，则表明紧固件及板的柔度C、Fsh、Fxi为任意值，第四方程组所包含的具体公式如下：
其中，i＝1，2，……，n-1；
其中：
Ri——第i个钉的钉传载荷；
Ci——第i个钉的柔度，其计算方法为：分别计算中板和上侧板连接对应的钉的柔度，以及中板和下侧板连接对应的钉的柔度，然后将两者相加。
对于复杂结构钉传载荷实际计算工况较多，种类涉及单剪、硬点、双剪三种形式，连接形式分为连接、搭接、重接等。本发明实施例仅是示例性的对三排钉单剪搭接结构的连接件(图2中所示的结构)、三层板连接结构的连接件(图4中所述的结构)进行分析为例进行的说明。
本发明实施例提供的确定连接件中板元素应力的方法，将连接件中包含的每个板作为一个板元素，每个钉作为一个钉元素，通过计算机程序确定各板元素、各钉元素对应的刚度，并依据各板元素的刚度、钉元素的刚度以及位置信息构建连接件的总刚矩阵，依据总刚矩阵确定与连接件相匹配的板内力计算公式；根据板内力计算公式，自动计算各板元素对应的内力从而进一步依据板元素对应的内力以及板元素的面积确定板元素的应力。本发明实施例提供的确定连接件中板元素应力的方法，由计算机程序自动计算连接件中各板元素的应力，相较于现有的需要人工手动计算的方案而言，不仅能够节省人力资源，还可以提升处理效率以及计算结果的准确性。
实施例三
参照图5，示出了本发明实施例三的一种确定连接件中板元素应力的装置的结构框图。
本发明实施例的确定连接件中板元素应力的装置包括：第一确定模块401，用于确定连接件包含的各板元素、各钉元素、板元素总层数、各所述板元素的位置信息以及各所述钉元素的位置信息；第二确定模块402，用于确定各所述板元素对应的刚度以及各所述钉元素对应的刚度；第一构建模块403，用于基于各所述板元素对应的刚度和位置信息以及所述板元素总层数，构建板元素的刚度矩阵；第二构建模块404，用于基于各所述钉元素对应的刚度和位置信息，构建钉元素的刚度矩阵；第三构建模块405，用于依据所述板元素的刚度矩阵与所述钉元素的刚度矩阵，构建所述连接件的总刚矩阵；缩减模块406，用于删除所述总刚矩阵中载荷为0的行和列，得到缩减后的总刚矩阵；第三确定模块407，用于依据所述缩减后的总刚矩阵，确定与所述连接件相匹配的板内力计算公式；应力计算模块408，用于根据所述板内力计算公式计算各板元素对应的内力；针对每个板元素，依据所述板元素对应的内力以及所述板元素的面积确定所述板元素的应力。
本发明实施例提供的确定连接件中板元素应力的装置，将连接件中包含的每个板作为一个板元素，每个钉作为一个钉元素，确定各板元素、各钉元素对应的刚度，并依据各板元素的刚度、钉元素的刚度以及位置信息构建连接件的总刚矩阵，依据总刚矩阵确定与连接件相匹配的板内力计算公式；根据板内力计算公式，自动计算各板元素对应的内力从而进一步依据板元素对应的内力以及板元素的面积确定板元素的应力。本发明实施例提供的确定连接件中板元素应力的装置，自动计算连接件中各板元素的应力，相较于现有的需要人工手动计算的方案而言，不仅能够节省人力资源，还可以提升处理效率以及计算结果的准确性。
实施例四
参照图6，示出了本发明实施例四的一种确定连接件中板元素应力的装置的结构框图。
本发明实施例的确定连接件中板元素应力的装置是对实施例三中所示装置的进一步优化，优化后的装置包括：第一确定模块501，用于确定连接件包含的各板元素、各钉元素、板元素总层数、各所述板元素的位置信息以及各所述钉元素的位置信息；第二确定模块502，用于确定各所述板元素对应的刚度以及各所述钉元素对应的刚度；第一构建模块503，用于基于各所述板元素对应的刚度和位置信息以及所述板元素总层数，构建板元素的刚度矩阵；第二构建模块504，用于基于各所述钉元素对应的刚度和位置信息，构建钉元素的刚度矩阵；第三构建模块505，用于依据所述板元素的刚度矩阵与所述钉元素的刚度矩阵，构建所述连接件的总刚矩阵；缩减模块506，用于删除所述总刚矩阵中载荷为0的行和列，得到缩减后的总刚矩阵；第三确定模块507，用于依据所述缩减后的总刚矩阵，确定与所述连接件相匹配的板内力计算公式；应力计算模块508，用于根据所述板内力计算公式计算各板元素对应的内力；针对每个板元素，依据所述板元素对应的内力以及所述板元素的面积确定所述板元素的应力。
优选地，所述缩减模块506包括：位移矩阵构建子模块5061，用于基于有限元法将所述缩减后的总刚矩阵创建成位移矩阵；公式确定子模块5062，用于基于静力平衡条件、变形协调原理以及所述位移矩阵，确定与所述连接件相匹配的板内力计算公式。
优选地，当所述总层数为两层、且所述连接件中各板元素与各钉元素的刚度均相同时，与所述连接件相匹配的板内力计算公式为第一方程组；当所述总层数为两层、且所述连接件中各板元素与各钉元素的刚度不同时，与所述连接件相匹配的板内力计算公式为第二方程组；当所述总层数为三层、且所述连接件中各板元素与各钉元素的刚度均相同时，与所述连接件相匹配的板内力计算公式为第三方程组；当所述总层数为三层、且所述连接件中各板元素与各钉元素的刚度不同时，与所述连接件相匹配的板内力计算公式为第四方程组。
优选地，所述第二确定模块502具体用于：依据所述连接件对应的输入拉力总载，各所述板元素的尺寸、杨氏模量，各所述钉元素的直径、弹性模量、剪切模量，确定各所述板元素对应的刚度以及各所述钉元素对应的刚度。
本发明实施例的确定连接件中板元素应力的装置用于实现前述实施例一、实施例二中相应的确定连接件中板元素应力的方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
实施例五
参照图7，示出了本发明实施例五的一种电子设备的结构框图。
图7是根据一示例性实施例示出的一种用于确定连接件中板元素应力的电子设备600的结构框图。
电子设备，包括有存储器，以及一个或者一个以上的程序，其中一个或者一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行如本发明中所述的任意一种确定连接件中板元素应力的方法。
例如，电子设备600可以是移动电话，计算机，数字广播终端，消息收发设备，游戏控制台，平板设备，医疗设备，健身设备，个人数字助理等。本发明实施例中，电子设备即计算机。
参照图7，电子设备600可以包括以下一个或多个组件：处理组件602，存储器604，电源组件606，多媒体组件608，音频组件610，输入/输出(I/O)的接口612，传感器组件614，以及通信组件616。
处理组件602通常控制电子设备600的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理元件602可以包括一个或多个处理器620来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件602可以包括一个或多个模块，便于处理组件602和其他组件之间的交互。例如，处理部件602可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件608和处理组件602之间的交互。
存储器604被配置为存储各种类型的数据以支持在设备600的操作。这些数据的示例包括用于在电子设备600上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器604可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
电源组件606为电子设备600的各种组件提供电力。电源组件606可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为电子设备600生成、管理和分配电力相关联的组件。
多媒体组件608包括在所述电子设备600和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(LCD)和触摸面板(TP)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，多媒体组件608包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当设备600处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。
音频组件610被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件610包括一个麦克风(MIC)，当电子设备600处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器604或经由通信组件616发送。在一些实施例中，音频组件610还包括一个扬声器，用于输出音频信号。
I/O接口612为处理组件602和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。
传感器组件614包括一个或多个传感器，用于为电子设备600提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件614可以检测到设备600的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为电子设备600的显示器和小键盘，传感器组件614还可以检测电子设备600或电子设备600一个组件的位置改变，用户与电子设备600接触的存在或不存在，电子设备600方位或加速/减速和电子设备600的温度变化。传感器组件614可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件614还可以包括光传感器，如CMOS或CCD图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件614还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。
通信组件616被配置为便于电子设备600和其他设备之间有线或无线方式的通信。电子设备600可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi，2G或3G，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信部件616经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信部件616还包括近场通信(NFC)模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别(RFID)技术，红外数据协会(IrDA)技术，超宽带(UWB)技术，蓝牙(BT)技术和其他技术来实现。
在示例性实施例中，电子设备600可以是计算机，也可以是被一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现的，用于执行上述方法的设备。
在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器604，上述指令可由电子设备600的处理器620执行以完成上述方法。例如，所述非临时性计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行本发明各实施例中所示的确定连接件中板元素应力的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
在此提供的确定连接件中板元素应力的方案不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造具有本发明方案的系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的确定连接件中板元素应力的方案中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
Claims (8)
1.一种确定连接件中板元素应力的方法，其特征在于，包括：
确定连接件包含的各板元素、各钉元素、板元素总层数、各所述板元素的位置信息以及各所述钉元素的位置信息；
确定各所述板元素对应的刚度以及各所述钉元素对应的刚度；
基于各所述板元素对应的刚度和位置信息以及所述板元素总层数，构建板元素的刚度矩阵；
基于各所述钉元素对应的刚度和位置信息，构建钉元素的刚度矩阵；
依据所述板元素的刚度矩阵与所述钉元素的刚度矩阵，构建所述连接件的总刚矩阵；
删除所述总刚矩阵中载荷为0的行和列，得到缩减后的总刚矩阵；
依据所述缩减后的总刚矩阵，确定与所述连接件相匹配的板内力计算公式；
根据所述板内力计算公式计算各板元素对应的内力；针对每个板元素，依据所述板元素对应的内力以及所述板元素的面积确定所述板元素的应力；
其中，所述依据所述缩减后的总刚矩阵，确定与所述连接件相匹配的板内力计算公式的步骤，包括：
基于有限元法将所述缩减后的总刚矩阵创建成位移矩阵；
基于静力平衡条件、变形协调原理以及所述位移矩阵，确定与所述连接件相匹配的板内力计算公式；
其中，基于有限元法将所述缩减后的总刚矩阵创建成位移矩阵，包括：
依据公式
创建位移矩阵，其中，
为第i个连接件对应的缩减后的总刚矩阵，Pi为第i个连接件对应的输入拉力总载。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
当所述总层数为两层、且所述连接件中各板元素与各钉元素的刚度均相同时，与所述连接件相匹配的板内力计算公式为第一方程组；
其中，第一方程组所包含的具体公式如下：
递推方程：
其中，i＝2，3，……，n-1；
Ri表示第i个钉的钉传载荷；
左边界条件方程：
右边界条件方程：
当所述总层数为两层、且所述连接件中各板元素与各钉元素的刚度不同时，与所述连接件相匹配的板内力计算公式为第二方程组；
其中，第二方程组所包含的具体公式如下：
其中，i＝2，3，……，n-1；
Ri表示第i个钉的钉传载荷；
当所述总层数为三层、且所述连接件中各板元素与各钉元素的刚度均相同时，与所述连接件相匹配的板内力计算公式为第三方程组；
其中，第三方程组包含的具体公式如下：
递推方程：
其中，Ri表示第i个钉的钉传载荷，Fc为侧板的柔度即上下两相同板的柔度，也即上下两相同板的刚度的倒数，Fzh为中间板的柔度即中间板的刚度的倒数；
左边界条件方程：
右边界条件：
当所述总层数为三层、且所述连接件中各板元素与各钉元素的刚度不同时，与所述连接件相匹配的板内力计算公式为第四方程组；
其中，第四方程组所包含的具体公式如下：
其中，i＝1，2，……，n-1；
其中，Ri表示第i个钉的钉传载荷，Ci表示第i个钉的柔度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定各所述板元素对应的刚度以及各所述钉元素对应的刚度的步骤，包括：
依据所述连接件对应的输入拉力总载，各所述板元素的尺寸、杨氏模量，各所述钉元素的直径、弹性模量、剪切模量，确定各所述板元素对应的刚度以及各所述钉元素对应的刚度。
4.一种确定连接件中板元素应力的装置，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于确定连接件包含的各板元素、各钉元素、板元素总层数、各所述板元素的位置信息以及各所述钉元素的位置信息；
第二确定模块，用于确定各所述板元素对应的刚度以及各所述钉元素对应的刚度；
第一构建模块，用于基于各所述板元素对应的刚度和位置信息以及所述板元素总层数，构建板元素的刚度矩阵；
第二构建模块，用于基于各所述钉元素对应的刚度和位置信息，构建钉元素的刚度矩阵；
第三构建模块，用于依据所述板元素的刚度矩阵与所述钉元素的刚度矩阵，构建所述连接件的总刚矩阵；
缩减模块，用于删除所述总刚矩阵中载荷为0的行和列，得到缩减后的总刚矩阵；
第三确定模块，用于依据所述缩减后的总刚矩阵，确定与所述连接件相匹配的板内力计算公式；
应力计算模块，用于根据所述板内力计算公式计算所述板元素对应的内力；针对每个板元素，依据所述板元素对应的内力以及所述板元素的面积确定所述板元素的应力；
其中，所述缩减模块包括：
位移矩阵构建子模块，用于基于有限元法将所述缩减后的总刚矩阵创建成位移矩阵；
公式确定子模块，用于基于静力平衡条件、变形协调原理以及所述位移矩阵，确定与所述连接件相匹配的板内力计算公式；
其中，所述位移矩阵构建子模块还用于依据公式
创建位移矩阵，其中，
为第i个连接件对应的缩减后的总刚矩阵，Pi为第i个连接件对应的输入拉力总载。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：
当所述总层数为两层、且所述连接件中各板元素与各钉元素的刚度均相同时，与所述连接件相匹配的板内力计算公式为第一方程组；
其中，第一方程组所包含的具体公式如下：
递推方程：
其中，i＝2，3，……，n-1；
Ri表示第i个钉的钉传载荷；
左边界条件方程：
右边界条件方程：
其中，C表示钉元素的柔度，Fsh表示上板元素的柔度，Fxi表示下板元素的柔度；
当所述总层数为两层、且所述连接件中各板元素与各钉元素的刚度不同时，与所述连接件相匹配的板内力计算公式为第二方程组；
其中，第二方程组所包含的具体公式如下：
其中，i＝2，3，……，n-1；
Ri表示第i个钉的钉传载荷；
当所述总层数为三层、且所述连接件中各板元素与各钉元素的刚度均相同时，与所述连接件相匹配的板内力计算公式为第三方程组；
其中，第三方程组包含的具体公式如下：
递推方程：
其中，Ri表示第i个钉的钉传载荷，Fc为侧板的柔度即上下两相同板的柔度，也即上下两相同板的刚度的倒数，Fzh为中间板的柔度即中间板的刚度的倒数；
左边界条件方程：
右边界条件：
当所述总层数为三层、且所述连接件中各板元素与各钉元素的刚度不同时，与所述连接件相匹配的板内力计算公式为第四方程组；
其中，第四方程组所包含的具体公式如下：
其中，i＝1，2，……，n-1；
其中，Ri表示第i个钉的钉传载荷，Ci表示第i个钉的柔度。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块具体用于：
依据所述连接件对应的输入拉力总载，各所述板元素的尺寸、杨氏模量，各所述钉元素的直径、弹性模量、剪切模量，确定各所述板元素对应的刚度以及各所述钉元素对应的刚度。
7.一种电子设备，其特征在于，包括有存储器，以及一个或者一个以上的程序，其中一个或者一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行如权利要求1-3中任意一项所述的确定连接件中板元素应力的方法。
8.一种可读存储介质，当所述可读存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如权利要求1-3中任意一项所述的确定连接件中板元素应力的方法。
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Address after: 518000 room 11, 13 / F, International Students Pioneer Building, No.29, South Ring Road, South District, high tech Zone, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: Shenzhen Digital Design Industrial Software Integration Technology Co.,Ltd. Address before: 518000 room 11, 13 / F, International Students Pioneer Building, No. 29, South Ring Road, high tech Zone, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee before: SHENZHEN DIGITAL DESIGN TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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Effective date of registration: 20230310 Address after: 200124 Room 702, Building 3, Sanlin Park, Pudong Software Park, 519 Yide Road, Sanlin Town, Pudong New Area, Shanghai Patentee after: SHANGHAI DIGITAL DESIGN TECHNOLOGY CO.,LTD. Address before: 518000 room 11, 13 / F, International Students Pioneer Building, No.29, South Ring Road, South District, high tech Zone, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee before: Digital Design Industrial Software Integration Technology (Shenzhen) Co.,Ltd. |
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