CN111539068A - 一种飞机结构静强度试验数据对比显示方法 - Google Patents

一种飞机结构静强度试验数据对比显示方法 Download PDF

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郭瑜超
张国凡
杨胜春
张生贵
常亮
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Abstract

本申请提供一种飞机结构静强度试验数据对比显示方法，包括预先设置具有飞机结构特征的有限元模型文件；分别在第一窗口和第二窗口中对有限元模型进行三维显示；预先获取应变片的数据文件，数据文件包括应变片编号和应变片对应单元的编号；根据应变片数据文件，分别在第一窗口和第二窗口中的有限元模型上生成应变片；将飞机结构静强度试验中的应变测量值，根据应变片编号对第一窗口中的应变片进行映射；根据有限元模型文件提取应变分析值，将应变分析值，根据应变片编号对第二窗口中的应变片进行映射；以离散云图的形式对第一窗口和第二窗口同时进行渲染，实现试验与分析数据在模型上的散点云图对比显示。

Description

一种飞机结构静强度试验数据对比显示方法
技术领域
本发明属于航空强度试验技术领域，特别是涉及到一种飞机结构静强度试 验数据对比显示方法。
背景技术
飞机结构强度试验通过地面模拟加载飞机气动载荷验证飞机结构的强度特 性，试验过程中试验件存在着非预期破坏的风险。试验件结构复杂、测量数据 繁杂、破坏源小而分散，导致试验过程中参试人员无法很好地掌握试验件的实 时状态，特别是内部的微小变化。这需要采用数据处理、图形图像等技术，将 试验件内部的强度响应可视化，让试验参试人员能够更加直观逼真地了解试验 件的实时状态，为试验指挥决策提供支持。
试验中通常对试验件布置大量的应变片来测量试验件的结构响应，测量通 道采集到的数据是一个随加载步变化的数值，一般通过绘制X轴为加载步，Y 轴为测量值的二维曲线图来展示试验结果。同时，可将提取的分析值以相同的 方式置于一个图表进行对比显示。
二维曲线图显示方式存在的主要缺点是不够逼真直观，只能反映单个通道 测量与分析数据随加载步的变化，不能快速直观地展示试验件的整体响应情况。
目前，针对飞机结构静强度试验与分析数据的云图实时对比显示的研究仍 然是一个空白。
发明内容
本申请提供一种飞机结构静强度试验数据对比显示方法，能够对试验加载 过程中的试验件结构响应进行试验与分析三维散点云图实时对比显示，为试验 指挥决策提供参考。
本申请提供一种飞机结构静强度试验数据对比显示方法，包括以下步骤：
预先设置具有飞机结构特征的有限元模型文件；
分别在第一窗口和第二窗口中对有限元模型进行三维显示；
预先获取应变片的数据文件，数据文件包括应变片编号和应变片对应单元 的编号；
根据应变片数据文件，分别在第一窗口和第二窗口中的有限元模型上生成 应变片；
将飞机结构静强度试验中的应变测量值，根据应变片编号对第一窗口中的 应变片进行映射，使第一窗口中的应变片得到当前加载步的试验值；
根据有限元模型文件提取应变分析值，将应变分析值，根据应变片编号对 第二窗口中的应变片进行映射，使第二窗口中的应变片得到当前加载步的分析 值；
以离散云图的形式对第一窗口和第二窗口同时进行渲染，实现试验与分析 数据在模型上的散点云图对比显示。
优选的，分别在第一窗口和第二窗口中对有限元模型进行三维显示，具体 包括：
采用OpenGL图形库，分别在第一窗口和第二窗口中对有限元模型进行三维 显示；
优选的，应变片包括单片和花片，单片对应一个测量通道，花片由三个单 片组成，对应三个测量通道。
优选的，第一窗口和第二窗口进行关联操作。
优选的，方法还包括：
若提取的应变分析值为最终加载步时的有限元计算结果，则其它加载步的 应变分析值按照加载比进行线性插值。
优选的，应变片的数据文件还包括粘贴方向及上下表面。
优选的，根据应变片数据文件，分别在第一窗口和第二窗口中的有限元模 型上生成应变片，具体包括：
根据应变片的编号，应变片对应单元的编号、粘贴方向及上下表面，在网 格模型相应的单元表面上按照指定的方向生成应变片。
优选的，根据应变片数据文件，分别在第一窗口和第二窗口中的有限元模 型上生成应变片，具体包括：
根据应变片数据文件，按照预设缩放比例，分别在第一窗口和第二窗口中 的有限元模型上生成应变片。
优选的，具有飞机结构特征的有限元模型文件包括有限元建模软件生成的 BDF格式有限元模型。
本发明提出的飞机结构静强度试验与分析数据散点云图实时对比显示方 法，相比现有的二维曲线图的显示方式更加形象直观，能够将试验加载过程中 试验件的应变响应以云图的形式进行实时展示，使人能够对试验件各个部件的 应变分布有整体的、及时的掌握。同时，能够在相邻的窗口同步同视角展示分 析结果，将两者进行对比分析。参试人员能够直观地看到哪些部位测量的应变 值超过了材料极限或者试验与分析对比差距明显，这将为试验指挥决策提供技 术支撑。
附图说明
图1为本申请实施例提供的机翼结构网格模型示意图；
图2为本申请实施例提供的应变片示意；
图3为本申请实施例提供的机翼试验数据散点云图显示效果示意图(150％ 状态)。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的具体实施例，请参阅图1至图3。
步骤一、准备能够反映飞机结构特征的有限元模型文件：可采用有限元建 模软件HyperMesh\Patran等生成的BDF格式有限元模型。本实施例采用的是 Patran软件下创建的机翼有限元模型，模型采用壳元模拟为主，这样可以更准 确地模拟结构几何特征，如翼肋缘条、梁缘条、长桁等，因为这些结构也布置 了应变片，准确地表达结构几何特征将有利于后面应变片的生成和显示；
步骤二、采用OpenGL在窗口(第一窗口)对机翼结构有限元模型中进行三 维显示，如图1所示；
步骤三、准备试验中粘贴的应变片的数据文件：机翼共布置了1300个应变 片，应变片数据文件如表1所示(给出了部分应变片)，其中包括了应变片的编 号、应变片对应单元的编号、应变片对应单元的方向、应变片对应单元的上下 表面等信息(其中单元方向1指的是应变片与单元X轴方向一致，2指的是与 单元Y轴方向一致，3指的是与单元X轴夹角45度，4指的是与单元X轴夹角 -45度。上下表面1指的是单元上表面，2指的是单元下表面)；
表1应变片数据文件
序号 片号 单元号 单元方 上下表
1 101001 110372 1 1
2 101002 116592 1 1
3 101003 116586 1 1
4 101003 116586 3 1
5 101003 116586 2 1
6 101004 116551 1 -1
7 101005 116550 2 1
8 101006 116532 1 -1
9 101006 116532 4 -1
10 101006 116532 2 -1
实际应用中，应变片类型分为单片和花片，单片对应一个测量通道，花片 由三个单片组成，对应三个测量通道。这里对应变片类型不做特殊说明，对应 同一单元的三个单片将按照与单元的对应角度组成一个花片。
步骤四、在步骤二的基础上，按照准备的应变片数据文件在飞机结构有限 元模型上生成应变片，这里根据整体显示效果对应变片尺寸放大了两倍，如图2所示；
步骤五、重新打开一个窗口(第二窗口)，该窗口下的模型(含应变片)和 步骤四中的一致；
示例性的，第二窗口和第一窗口两个窗口可以进行关联操作，对其中任意 一个窗口进行模型缩放、旋转、拖拽等操作时，另外一个窗口也将同步出现相 同的视角，方便云图的对比显示。
步骤六、将试验中的应变测量值根据应变片编号对第一窗口中的应变片进 行映射，使第一窗口中的应变片得到当前加载步的试验值；同时将提取的应变 分析值根据应变片编号对第二窗口中的应变片进行映射，使第二窗口中的应变 片得到当前加载步的分析值。这里提取的机翼应变分析值为150％状态时的计算 结果，如表2所示，其它加载步的应变值按照加载比进行线性插值。
表2应变分析值
Figure BDA0002461681960000051
其中，提取的应变分析值为最终加载步时的有限元计算结果，其它加载步 的应变值按照加载比进行线性插值。
步骤七、在步骤六的基础上，以离散云图的形式对两个窗口同时进行渲染， 实现试验与分析数据在模型上的散点云图对比显示；
步骤八、机翼静强度试验以5％为一个加载步逐步加载至150％，然后再按照 5％逐级卸载至0％，即(0％，5％，10％，15％，20％...140％，145％，150％，145％， 140％...20％，15％，10％，5％，0％)。对各加载步重复步骤六、七，直至试验结束。 150％状态的机翼试验数据散点云图显示效果分别如图3所示。
综上所述，本发明提出的飞机结构静强度试验与分析数据散点云图实时对 比显示方法，相比现有的二维曲线图的显示方式更加形象直观，能够将试验加 载过程中试验件的应变响应以云图的形式进行实时展示，使人能够对试验件各 个部件的应变分布有整体的、及时的掌握。同时，能够在相邻的窗口同步同视 角展示分析结果，将两者进行对比分析。参试人员能够直观地看到哪些部位测 量的应变值超过了材料极限或者试验与分析对比差距明显，这将为试验指挥决 策提供技术支撑。

Claims (9)

1.一种飞机结构静强度试验数据对比显示方法，其特征在于，所述方法包括：
预先设置具有飞机结构特征的有限元模型文件；
分别在第一窗口和第二窗口中对所述有限元模型进行三维显示；
预先获取应变片的数据文件，所述数据文件包括应变片编号和应变片对应单元的编号；
根据所述应变片数据文件，分别在第一窗口和第二窗口中的有限元模型上生成应变片；
将飞机结构静强度试验中的应变测量值，根据应变片编号对第一窗口中的应变片进行映射，使第一窗口中的应变片得到当前加载步的试验值；
根据所述有限元模型文件提取应变分析值，将所述应变分析值，根据应变片编号对第二窗口中的应变片进行映射，使第二窗口中的应变片得到当前加载步的分析值；
以离散云图的形式对第一窗口和第二窗口同时进行渲染，实现试验与分析数据在模型上的散点云图对比显示。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别在第一窗口和第二窗口中对所述有限元模型进行三维显示，具体包括：
采用OpenGL图形库，分别在第一窗口和第二窗口中对所述有限元模型进行三维显示。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述应变片包括单片和花片，所述单片对应一个测量通道，所述花片由三个单片组成，对应三个测量通道。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一窗口和第二窗口进行关联操作。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，方法还包括：
若提取的应变分析值为最终加载步时的有限元计算结果，则其它加载步的应变分析值按照加载比进行线性插值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述应变片的数据文件还包括粘贴方向及上下表面。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述应变片数据文件，分别在第一窗口和第二窗口中的有限元模型上生成应变片，具体包括：
根据所述应变片的编号，应变片对应单元的编号、粘贴方向及上下表面，在网格模型相应的单元表面上按照指定的方向生成应变片。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述应变片数据文件，分别在第一窗口和第二窗口中的有限元模型上生成应变片，具体包括：
根据所述应变片数据文件，按照预设缩放比例，分别在第一窗口和第二窗口中的有限元模型上生成应变片。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述具有飞机结构特征的有限元模型文件包括有限元建模软件生成的BDF格式有限元模型。
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