CN112711797A - 一种蒙皮长桁组合计算单元参考应力的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空结构强度计算领域，具体涉及一种蒙皮长桁组合计算单元参考应力选取的快速判断方法。本发明的方法针对疲劳自动分析中蒙皮长桁组合计算单元在计算组合应力时需要对蒙皮板单元和长桁杆单元进行坐标系方向识别的需求，提出一种根据长桁和蒙皮节点重合个数来确定参考应力选取方向的快速判断方法，只需选择板单元前两个节点与长桁杆单元进行是否重合进行判断，判据简单、操作性好，省去了以往需要对坐标系进行转换分析才能判断的繁琐过程，适合于程序自动化实现。

Description

一种蒙皮长桁组合计算单元参考应力的确定方法

技术领域

本发明属于航空结构强度计算领域，具体涉及一种蒙皮长桁组合计算单元的参考应力的确定方法。

背景技术

在航空结构强度计算领域，通常需要从有限元应力分析结果提取蒙皮、长桁等各种单元的应力，并进行组合以开展静强度分析、疲劳分析等工作。为了适应大规模快速计算的需求，往往需要将相关强度计算方法编制成程序。在具体编程时，涉及蒙皮、长桁单元组合后的单元应力计算时，首先要解决的问题就是如何快速判断长桁轴向是沿蒙皮的x向还是y向。通常的做法是取出蒙皮单元的坐标系，并与长桁轴向进行比较来判断，由于蒙皮的坐标系是间接量，需要根据单元定义进行计算才能得出，不能直接得到，且现有方法程序实现复杂。

现有的规范、文献未就给出行之有效的设计方法用于蒙皮长桁组合单元参考应力的快速判断方法。同时，在开展结构强度疲劳分析自动化编程时，判断长桁杆元和蒙皮单元应力方向的方法过于复杂、且没有通用性，编程复杂，适用性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种蒙皮长桁组合单元参考应力方向的快速判断方法，以解决以往需要解出坐标系后进行判断、判断效率低、适用性不强的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种蒙皮长桁组合计算单元参考应力的确定方法，蒙皮长桁组合计算单元包含上蒙皮、长桁、下蒙皮，且上蒙皮、下蒙皮分别与长桁连接，所述方法包括：

S1，确定上蒙皮、长桁、下蒙皮的有限元模型，在所述有限元模型中获取上蒙皮的单元节点{P1、P2、P3、P4}，长桁的单元节点{S1、S2}，下蒙皮的单元节点{Q1、Q2、Q3、Q4}，所述上蒙皮的单元节点、长桁的单元节点、下蒙皮的单元节点均为蒙皮长桁组合计算单元上的节点；

S2，将所述上蒙皮的单元节点{P1、P2、P3、P4}与长桁的单元节点{S1、S2}进行比对，确定长桁轴向与上蒙皮单元的X方向或者Y方向一致；

S3，将所述下蒙皮的单元节点{Q1、Q2、Q3、Q4}与长桁的单元节点{S1、S2}进行比对，确定长桁轴向与下蒙皮单元的X方向或者Y方向一致；

S4，在确定蒙皮长桁组合计算单元中上蒙皮单元、下蒙皮单元与长桁轴向一致的应力方向后，按蒙皮长桁组合计算单元的应力计算方法选取蒙皮应力进行计算。

本发明技术方案的特点和进一步的改进为：

1)S2，具体为：

(S21)从上蒙皮的单元节点中读取前两个节点编号，构成第一点集P＝{P1，P2}，所述第一点集表征了上蒙皮单元的X方向为P1P2方向；

(S22)取长桁的单元节点{S1、S2}与上蒙皮的单元节点的前两个节点{P1、P2}进行对比，确定长桁轴向与上蒙皮单元的X方向或者Y方向一致。

2)S22中，确定长桁轴向与上蒙皮单元的X方向或者Y方向一致，具体包括：

如果长桁的单元节点S＝{S1，S2}与第一点集P{P1，P2}中的两个点完全重合或两个点均不重合，确定长桁轴向与上蒙皮单元的X方向或者Y方向一致；

如果长桁的单元节点S＝{S1，S2}与第一点集P{P1，P2}中的两个点中只有一个点重合，则长桁轴向与上蒙皮单元的Y向一致。

3)S3，具体为：

(S31)从下蒙皮的单元节点中读取前两个节点编号，构成第二点集Q＝{Q1，Q2}，所述第二点集表征了下蒙皮单元的X方向为Q1Q2方向；

(S32)取长桁的节点{S1、S2}与下蒙皮的单元节点的前两个节点{Q1、Q2}进行对比，确定长桁轴向与下蒙皮单元的X方向或者Y方向一致。

4)S32中，确定长桁轴向与下蒙皮单元的X方向或者Y方向一致，具体为：

如果长桁的单元节点S＝{S1，S2}与第二点集Q{Q1，Q2}中的两个点完全重合或两个点均不重合，则长桁轴向与下蒙皮单元的X方向一致；

如果长桁的单元节点S＝{S1，S2}与第二点集Q{Q1，Q2}中的两个点中只有一个点重合，则长桁轴向与下蒙皮单元的Y向一致。

5)在S1之前，所述方法还包括：

在上蒙皮、长桁、下蒙皮的有限元模型中，选取需要计算组合应力的蒙皮长桁组合计算单元，所述蒙皮长桁组合计算单元由上蒙皮的板单元、长桁的杆单元、下蒙皮的板单元组成。

6)S4中，蒙皮长桁组合计算单元的应力为：

蒙皮长桁组合计算单元中上蒙皮板单元的应力、长桁杆单元的应力以及下蒙皮板单元的应力的组合。

7)蒙皮长桁组合计算单元的应力计算方法为：

其中，σ_g为蒙皮长桁组合单元应力；σ_aix为长桁单元轴向应力；σ₁为上蒙皮沿长桁轴向的应力；σ₂为外侧蒙皮沿长桁轴向的应力；A_aix为长桁杆元截面积；A₁为上蒙皮面积；A₂为下蒙皮面积。

本发明的方法针对疲劳自动分析中蒙皮长桁组合计算单元在计算组合应力时需要对蒙皮板单元和长桁杆单元进行坐标系方向识别的需求，提出一种根据长桁和蒙皮节点重合个数来确定参考应力选取方向的快速判断方法，只需选择板单元前两个节点与长桁杆单元进行是否重合进行判断，判据简单、操作性好，省去了以往需要对坐标系进行转换分析才能判断的繁琐过程，适合于程序自动化实现。

附图说明

图1为蒙皮长桁组合计算单元及单元节点编号定义示意图；

图2为单元节点具体编号示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种蒙皮长桁组合计算单元参考应力快速选取方法，所述的蒙皮长桁组合计算单元参考应力快速选取方法包括以下步骤：

步骤一、在开展图1所示的蒙皮长桁组合计算单元时，按次序选择相应单元的属性定义中的节点编号。蒙皮1的节点{P1、P2、P3、P4}，长桁节点{S1、S2}，蒙皮2的节点{Q1、Q2、Q3、Q4}。

步骤二、从蒙皮1单元属性中读取组成有限元板单元的前两个节点编号，构成点集P＝{P1，P2}。

步骤三、从蒙皮2单元属性中读取组成有限元板单元的前两个节点编号，构成点集Q＝{Q1，Q2}。

步骤四、取长桁节点{S1、S2}与蒙皮1单元的前两个节点{P1、P2}进行对比，如果点集S＝{S1，S2}与点集P{P1，P2}中的两个点完全重合或两个点均不重合，则表明长桁轴向与蒙皮单元1的X向一致；如果点集S＝{S1，S2}与点集P{P1，P2}中的两个点中只有一个点重合，则表明长桁轴向与蒙皮单元1的Y向一致。

步骤五、取长桁节点{S1、S2}与蒙皮2单元的前两个节点{Q1、Q2}进行对比，如果点集S＝{S1，S2}与点集Q{Q1，Q2}中的两个点完全重合或两个点均不重合，则表明长桁轴向与蒙皮单元2的X向一致；如果点集S＝{S1，S2}与点集Q{Q1，Q2}中的两个点中只有一个点重合，则表明长桁轴向与蒙皮单元2的Y向一致。

步骤六、在确定蒙皮长桁组合计算单元中蒙皮1、蒙皮2两个板单元与长桁轴向一致的应力方向后，即可按各种蒙皮长桁组合计算单元的应力计算方法选取蒙皮应力进行计算。

具体的，如图1所示，为蒙皮长桁组合计算单元及单元节点编号定义示意图。给出了实施例中用到的参数。如图2所示，为单元节点具体编号示意图。给出了实施例中用到的参数。

步骤一、在开展图1所示的蒙皮长桁组合计算单元时，按次序选择相应单元的属性定义中的节点编号。以图2实际蒙皮长桁组合计算单元为例，蒙皮1的节点{P1、P2、P3、P4}为{1001、1002、1003、1004}，长桁节点{S1、S2}为{1001、1002}，蒙皮2的节点{Q1、Q2、Q3、Q4}为{2002、1002、1001、2001}。

步骤二、从蒙皮1单元属性中读取组成有限元板单元的前两个节点编号，构成点集P＝{1001、1002}；

步骤三、从蒙皮2单元属性中读取组成有限元板单元的前两个节点编号，构成点集Q＝{2002、1002}；

步骤四、取长桁节点{1001、1002}与蒙皮1的节点P＝{1001、1002}进行对比，点集S＝{S1，S2}＝{1001、1002}与点集P＝{P1，P2}＝{1001、1002}中的两个点完全重合，表明长桁轴向与蒙皮单元1的X向一致；

步骤五、取长桁节点{1001、1002}与蒙皮2的节点Q＝{2002、1002}进行对比，点集S＝{S1，S2}＝{1001、1002}与点集Q＝{Q1，Q2}＝{2002、1002}中的2个点只有1个点重合，则表明长桁轴向与蒙皮单元2的Y向一致；

步骤六、在确定蒙皮长桁组合计算单元中蒙皮1、蒙皮2两个板单元与长桁轴向一致的应力方向后，即可按各种蒙皮长桁组合计算单元的应力计算方法选取蒙皮应力进行计算。对本例所示蒙皮长桁组合计算单元，应选择蒙皮1单元的X向应力、蒙皮2单元的Y向应力，与长桁轴力一起进行组合应力的计算。

本发明所提出的蒙皮长桁组合单元应力方向判断方法简便、有效，便于计算机编程实现自动化计算。可用于迅速判断蒙皮长桁组合单元的应力方向。

本发明所提出的蒙皮长桁组合单元应力方向的快速判断方法，是在符合真实有限元单元的基础上，采用蒙皮长桁组合单元的节点重合个数来判断应力方向，省去了以往需要解出坐标系后进行转换分析才能判断的繁琐过程，可广泛应用于各种强度计算领域中蒙皮和长桁单元组合的应力判断。

Claims (8)

1.一种蒙皮长桁组合计算单元参考应力的确定方法，蒙皮长桁组合计算单元包含上蒙皮、长桁、下蒙皮，且上蒙皮、下蒙皮分别与长桁连接，其特征在于，所述方法包括：

S1，确定上蒙皮、长桁、下蒙皮的有限元模型，在所述有限元模型中获取上蒙皮的单元节点{P1、P2、P3、P4}，长桁的单元节点{S1、S2}，下蒙皮的单元节点{Q1、Q2、Q3、Q4}，所述上蒙皮的单元节点、长桁的单元节点、下蒙皮的单元节点均为蒙皮长桁组合计算单元上的节点；

S2，将所述上蒙皮的单元节点{P1、P2、P3、P4}与长桁的单元节点{S1、S2}进行比对，确定长桁轴向与上蒙皮单元的X方向或者Y方向一致；

S3，将所述下蒙皮的单元节点{Q1、Q2、Q3、Q4}与长桁的单元节点{S1、S2}进行比对，确定长桁轴向与下蒙皮单元的X方向或者Y方向一致；

S4，在确定蒙皮长桁组合计算单元中上蒙皮单元、下蒙皮单元与长桁轴向一致的应力方向后，按蒙皮长桁组合计算单元的应力计算方法选取蒙皮应力进行计算。

2.根据权利要求1所述的一种蒙皮长桁组合计算单元参考应力的确定方法，其特征在于，S2，具体为：

(S21)从上蒙皮的单元节点中读取前两个节点编号，构成第一点集P＝{P1，P2}，所述第一点集表征了上蒙皮单元的X方向为P1P2方向；

(S22)取长桁的单元节点{S1、S2}与上蒙皮的单元节点的前两个节点{P1、P2}进行对比，确定长桁轴向与上蒙皮单元的X方向或者Y方向一致。

3.根据权利要求2所述的一种蒙皮长桁组合计算单元参考应力的确定方法，其特征在于，S22中，确定长桁轴向与上蒙皮单元的X方向或者Y方向一致，具体包括：

如果长桁的单元节点S＝{S1，S2}与第一点集P{P1，P2}中的两个点完全重合或两个点均不重合，确定长桁轴向与上蒙皮单元的X方向或者Y方向一致；

如果长桁的单元节点S＝{S1，S2}与第一点集P{P1，P2}中的两个点中只有一个点重合，则长桁轴向与上蒙皮单元的Y向一致。

4.根据权利要求1所述的一种蒙皮长桁组合计算单元参考应力的确定方法，其特征在于，S3，具体为：

(S31)从下蒙皮的单元节点中读取前两个节点编号，构成第二点集Q＝{Q1，Q2}，所述第二点集表征了下蒙皮单元的X方向为Q1Q2方向；

(S32)取长桁的节点{S1、S2}与下蒙皮的单元节点的前两个节点{Q1、Q2}进行对比，确定长桁轴向与下蒙皮单元的X方向或者Y方向一致。

5.根据权利要求4所述的一种蒙皮长桁组合计算单元参考应力的确定方法，其特征在于，S32中，确定长桁轴向与下蒙皮单元的X方向或者Y方向一致，具体为：

如果长桁的单元节点S＝{S1，S2}与第二点集Q{Q1，Q2}中的两个点完全重合或两个点均不重合，则长桁轴向与下蒙皮单元的X方向一致；

如果长桁的单元节点S＝{S1，S2}与第二点集Q{Q1，Q2}中的两个点中只有一个点重合，则长桁轴向与下蒙皮单元的Y向一致。

6.根据权利要求1所述的一种蒙皮长桁组合计算单元参考应力的确定方法，其特征在于，在S1之前，所述方法还包括：

在上蒙皮、长桁、下蒙皮的有限元模型中，选取需要计算组合应力的蒙皮长桁组合计算单元，所述蒙皮长桁组合计算单元由上蒙皮的板单元、长桁的杆单元、下蒙皮的板单元组成。

7.根据权利要求1所述的一种蒙皮长桁组合计算单元参考应力的确定方法，其特征在于，S4中，蒙皮长桁组合计算单元的应力为：

蒙皮长桁组合计算单元中上蒙皮板单元的应力、长桁杆单元的应力以及下蒙皮板单元的应力的组合。

8.根据权利要求7所述的一种蒙皮长桁组合计算单元参考应力的确定方法，其特征在于，蒙皮长桁组合计算单元的应力计算方法为：

其中，σ_g为蒙皮长桁组合单元应力；σ_aix为长桁单元轴向应力；σ₁为上蒙皮沿长桁轴向的应力；σ₂为外侧蒙皮沿长桁轴向的应力；A_aix为长桁杆元截面积；A₁为上蒙皮面积；A₂为下蒙皮面积。

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