CN113704888A - 一种单元应力筛选方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于飞机强度设计领域，特别涉及一种单元应力筛选方法。包括：步骤一、获取预定区域内的单元应力数据；步骤二、对当前区域内的所有单元按照应力升序进行排序；步骤三、计算当前区域内的单元应力均值；步骤四、计算当前区域内的单元应力中位值；步骤五、计算当前区域内的所述单元应力均值与所述单元应力中位值的差值；步骤六、判断所述单元应力均值与所述单元应力中位值的差值是否小于阈值；若是，则取最大单元应力值为当前区域的应力；若否，则去掉最大单元应力值，单元总数减1，返回步骤三。本申请根据同一区域内的单元应力中位值和单元应力平均值的差值决定区域应力水平，能够快速给出该区域单元应力的合理水平值。

Description

一种单元应力筛选方法
技术领域
本申请属于飞机强度设计领域，特别涉及一种单元应力筛选方法。
背景技术
随着航空结构设计与制造水平的不断提高，飞行器设计性能指标也越来越高，结构重量系数作为影响飞行器性能的主要因素之一备受关注，而强度设计指标选取的是否合适直接决定了飞行器结构重量系数。结构单元的应力水平是结构设计最基础的强度指标，在强度校核和结构优化过程中广泛使用。同一个区域的单元应力值会分布在一定范围内，但为了控制实际参与优化的单元应力约束的数量，往往需要采用一种方法在同一个区域内选择有限个单元应力来代表该区域的整体应力水平，如果取最大应力值，导致设计太保守，而且偶尔出现的异常单元应力会使结果严重失真；如果取平均值，有可能漏掉某些集中的高应力区域，导致设计偏危险。
目前工程应用时大多直接取最大值以确保设计安全，但这种方式会直接导致结构超重，从而影响未来飞行器整体性能的提升。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种单元应力筛选方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
一种单元应力筛选方法，包括：
步骤一、获取预定区域内的单元应力数据；
步骤二、对当前区域内的所有单元按照应力升序进行排序；
步骤三、计算当前区域内的单元应力均值；
步骤四、计算当前区域内的单元应力中位值；
步骤五、计算当前区域内的所述单元应力均值与所述单元应力中位值的差值；
步骤六、判断所述单元应力均值与所述单元应力中位值的差值是否小于阈值；
若是，则取最大单元应力值为当前区域的应力；
若否，则去掉最大单元应力值，单元总数减1，返回步骤三。
在本申请的一个实施方式中，步骤三中，所述计算当前区域内的单元应力均值包括：
Figure BDA0003225624950000021
其中，
Figure BDA0003225624950000022
为单元应力均值，σ(i)为对应单元应力值，n为单元总数。
在本申请的一个实施方式中，步骤四中，所述计算当前区域内的单元应力中位值包括：
Figure BDA0003225624950000023
其中，σM为单元应力中位值，n为单元总数。
在本申请的一个实施方式中，步骤五中，所述计算当前区域内的所述单元应力均值与所述单元应力中位值的差值包括：
Figure BDA0003225624950000024
其中，Δσ为单元应力均值与单元应力中位值的差值。
在本申请的一个实施方式中，步骤六中，所述阈值为所述单元应力均值的10％。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的单元应力筛选方法，根据同一区域内的单元应力中位值和单元应力平均值的差值决定区域应力水平，能够快速给出该区域单元应力的合理水平值，为强度校核和优化设计中的应力筛选提供支持。
附图说明
图1是本申请一个实施方式的单元应力筛选方法流程图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，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，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请保护范围的限制。
下面结合附图1对本申请做进一步详细说明。
本申请提供了一种单元应力筛选方法，包括以下步骤：
S001、获取预定区域内的单元应力数据；
S002、对当前区域内的所有单元按照应力升序进行排序；
S003、计算当前区域内的单元应力均值；
S004、计算当前区域内的单元应力中位值；
S005、计算当前区域内的单元应力均值与单元应力中位值的差值；
S006、判断单元应力均值与单元应力中位值的差值是否小于阈值；
若是，则取最大单元应力值为当前区域的应力；
若否，则去掉最大单元应力值，单元总数减1，返回S003。直至筛选出当前区域的单元应力，结束当前区域单元应力筛选。
本申请的单元应力筛选方法，对于一个包含n个单元的区域，步骤S003中，计算当前区域内的单元应力均值包括：
Figure BDA0003225624950000031
其中，
Figure BDA0003225624950000032
为单元应力均值，σ(i)为对应单元应力值，n为单元总数。
本申请的单元应力筛选方法，步骤S004中，计算当前区域内的单元应力中位值包括：
Figure BDA0003225624950000041
其中，σM为单元应力中位值，n为单元总数。
本申请的单元应力筛选方法，步骤S005中，计算当前区域内的单元应力均值与单元应力中位值的差值包括：
Figure BDA0003225624950000042
其中，Δσ为单元应力均值与单元应力中位值的差值。
在本申请的优选实施例中，步骤S006中，阈值设置为单元应力均值的10％。
在本申请的一个实施方式中，实现对两个区域内的单元应力筛选，每个区域内均包含6个有限元单元，单元中间标识了该单元的编号和该单元对应的应力值。区域1内的单元应力数据参见表1，区域2内的单元应力数据参见表2。
表1
Figure BDA0003225624950000043
区表域21
Figure BDA0003225624950000044
区本域1实施例中，对区域1内的单元区域应2力筛选过程如下：
对区域1内的6个单元按照应力值从小到大排序，结果为：3-123MPa、6-155MPa、2-168MPa、5-178MPa、1-232MPa、4-256MPa，则按照公式(1)计算得到区域1内的6个单元的单元应力均值
Figure BDA0003225624950000045
为185.3MPa，按照公式(2)计算得到区域1内的6个单元的单元应力中位值σM为173MPa，按照公式(3)计算得到区域1内单元应力均值与单元应力中位值的差值Δσ为12.3MPa，判断该差值小于10％的单元应力平均值(18.53MPa)，则直接选择当前最大单元应力值256MPa作为区域1的应力，用于后续的优化设计和强度校核。
本实施例中，对区域2内的单元应力筛选过程如下：
对区域2内的6个单元按照应力值从小到大排序，结果为：10-131MPa、11-145MPa、7-157MPa、8-176MPa、9-234MPa、12-359MPa，则按照公式(1)计算得到区域2内的6个单元的单元应力均值σ为200.3MPa，按照公式(2)计算得到区域2内的6个单元的单元应力中位值σM为166.5MPa，按照公式(3)计算得到区域2内单元应力均值与单元应力中位值的差值Δσ为33.8MPa，判断该差值大于10％的单元应力平均值(20.03MPa)，则去掉最大单元应力值359MPa，单元总数n＝n-1，返回S003，按照公式(1)计算得到区域2内的5个单元的单元应力均值
Figure BDA0003225624950000051
为168.6MPa，按照公式(2)计算得到区域2内的5个单元的单元应力中位值σM为157MPa，按照公式(3)计算得到区域2内单元应力均值与单元应力中位值的差值Δσ为11.8MPa，判断该差值小于10％的单元应力平均值(16.86MPa)，选择当前最大单元应力值234MPa作为区域2的应力，用于后续的优化设计和强度校核。
本申请的单元应力筛选方法，根据同一区域的单元应力中位值和单元应力平均值的差值，判断是否剔除最高单元应力，逐步缩小该区域单元应力中位值和单元应力平均值的差值，直至达到设计要求，进而选取此时剩余单元应力的最大值作为该区域的应力水平值，即减小了直接取最大应力值带来的重量冗余，也避免了直接取均值引入的潜在欠强度风险，能够快速给出该区域单元应力的合理水平值，为强度校核和优化设计中的应力筛选提供了支持。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种单元应力筛选方法，其特征在于，包括：
步骤一、获取预定区域内的单元应力数据；
步骤二、对当前区域内的所有单元按照应力升序进行排序；
步骤三、计算当前区域内的单元应力均值；
步骤四、计算当前区域内的单元应力中位值；
步骤五、计算当前区域内的所述单元应力均值与所述单元应力中位值的差值；
步骤六、判断所述单元应力均值与所述单元应力中位值的差值是否小于阈值；
若是，则取最大单元应力值为当前区域的应力；
若否，则去掉最大单元应力值，单元总数减1，返回步骤三。
2.根据权利要求1所述的单元应力筛选方法，其特征在于，步骤三中，所述计算当前区域内的单元应力均值包括：
Figure FDA0003225624940000011
其中，
Figure FDA0003225624940000012
为单元应力均值，σ(i)为对应单元应力值，n为单元总数。
3.根据权利要求2所述的单元应力筛选方法，其特征在于，步骤四中，所述计算当前区域内的单元应力中位值包括：
Figure FDA0003225624940000013
其中，σM为单元应力中位值，n为单元总数。
4.根据权利要求3所述的单元应力筛选方法，其特征在于，步骤五中，所述计算当前区域内的所述单元应力均值与所述单元应力中位值的差值包括：
Figure FDA0003225624940000014
其中，Δσ为单元应力均值与单元应力中位值的差值。
5.根据权利要求1所述的单元应力筛选方法，其特征在于，步骤六中，所述阈值为所述单元应力均值的10％。
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