CN115659509A - 一种以构型为基础的飞机结构强度数据管理技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞机结构强度数据管理技术领域，尤其是一种以构型为基础的飞机结构强度数据管理技术，包括：构型的构建、强度模型的构建、强度模型与各专业仿真模型数据关系构建、数据与业务流程关系整合和数据与人员角色关系整合。本发明的一种以构型为基础的飞机结构强度数据管理技术可以实现飞机结构强度各专业数据的深度整合及专业化有效管理，可以将传统的基于仿真模型或文件存储的数据管理手段深度分解到基于构型体系构建的各级“元数据”进行有效的管理，便于飞机强度设计分析过程动态数据的有效监控和实时修正，同时实现了对于各版本、各轮次数据体系的有效分析对比，从而可以完全量化迭代飞机结构强度设计方案和设计指标体系。

Description

一种以构型为基础的飞机结构强度数据管理技术

技术领域

本发明涉及飞机结构强度数据管理技术领域，尤其是一种以构型为基础的飞机结构强度数据管理技术。

背景技术

飞机结构强度设计分析工作中会涉及到大量的各类型数据，从专业的角度，包括结构/几何、载荷、应力分析、静强度校核、结构疲劳损伤容限分析、动强度设计分析等，而从数据类型看，有结构化的表格/报表等数据，更多的是大量的非结构化的仿真模型、文件等体系化数据，这些专业化的数据复杂且冗杂，但飞机结构强度工作的核心又是“和数据打交道”的工作，由此如何“追源溯本”去从底层挖掘有效的数据整合及管理技术手段，将这些繁杂的数据“模型化”当量，是本领域技术人员要探寻的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决上述背景技术中存在的问题，提供一种改进的以构型为基础的飞机结构强度数据管理技术，解决上述背景技术中存在的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种以构型为基础的飞机结构强度数据管理技术，所述的的实施过程包括：构型的构建、强度模型的构建、强度模型与各专业仿真模型数据关系构建、数据与业务流程关系整合和数据与人员角色关系整合；

构型的构建的步骤为：对飞机真实结构的逐层分解和细化、最后分解到具体的某一个元件、零件和组件，针对机身普通框，其编号为：运X_1.2-01-03-0201-05_07，运X_1.2表示运X大型运输客机第1.2轮强度设计；01代表机身；03代表中机身；0201代表中机身的普通框；05_07代表该普通框中以机身右侧地板梁为基准的第7根缘条，对象的唯一性编号对强度设计分析各专业、各类数据进行组织、管理和检索，将它的上述各项特性以最基本的“元数据”的方式进行分解和体系化存储管理，这样即唯一确定了每一个子结构在数据库或数据表单中的唯一性位置，同时也将结构强度的各自专业、各类仿真分析的性能及数据指标进行了结构化存储和管理，实现了真正的深度有效的管理；

强度模型的构建的步骤为：针对机身框，其强度模型与构型的关系，强度模型将包括参数化基准模型、强度的各子专业模型均以单元、特性、载荷、分析、结果进行一体化整合，针对本示例的中机身第x框，强度校核单元主要包含支柱、腹板、缘条、连接件；特性包括这些单元的几何特性、剖面特性、材料特性、连接特性和强度校核参数；载荷包括总体有限元计算的单元力、应力、板及型材的端部支持系数，分析就是针对该普通框的弯曲、腹板剪切等稳定性分析，结果就是分析的各类系数、工作应力、许用应力和强度裕度；

强度模型与各专业仿真模型数据关系构建的步骤为：将结构强度各专业的数据关系进行深度的组织、梳理，实现静态数据和动态数据的构型组织存储；针对本示例看，参数化的基准模型主要通过将板的长度、宽度、中面、厚度，杆的轴线、剖面型式、各子单元几何参数化等数值通过UI交互或者数据库导入进行参数化构建，构建完成后，包括有限元模型的节点、单元、强度模型的面积、惯性积/矩、应力恢复点等直接关联，在补充相应的子专业设计分析的特性数据后，即形成了联动耦合的统一模型，实现各类数据的有机交联；

数据与业务流程关系整合的步骤为：以基于构型构建的模型为基础，将数据规划、数据分解、数据实施、数据校验、数据提交、数据归档这个完整的业务导向的数据传递过程进行流程化整合；最后实现与项目-飞机机型-设计轮次-构型细节等对应的数据的有效沉淀和传承；

数据与人员角色关系整合的步骤为：引入业务流程和人员角色，最后对具体的工作，明确对象。

本发明的有益效果是：

本发明的一种以构型为基础的飞机结构强度数据管理技术可以实现飞机结构强度各专业数据的深度整合及专业化有效管理，可以将传统的基于仿真模型或文件存储的数据管理手段深度分解到基于构型体系构建的各级“元数据”进行有效的管理，便于飞机强度设计分析过程动态数据的有效监控和实时修正，同时实现了对于各版本、各轮次数据体系的有效分析对比，从而可以完全量化迭代飞机结构强度设计方案和设计指标体系。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明中飞机构型组织关系的示意图。

图2是本发明中基于构型的数据组织规则示意图。

图3是本发明中基于构型的数据管理总体关系图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1、图2和图3所示的一种以构型为基础的飞机结构强度数据管理技术，所述的的实施过程包括：构型的构建、强度模型的构建、强度模型与各专业仿真模型数据关系构建、数据与业务流程关系整合和数据与人员角色关系整合；

构型的构建的步骤为：基于构型，对真实的飞机结构按照它内部的真实组织关系(这个构建过程就是将真实的物理对象在计算机上进行模拟再现，即物理对象是什么就存储成什么，比如飞机的机身、机翼、起落架、框、肋、窗户、登机门等等)进行逐层分解组织，并以某一层次的构型编号或其坐标位置进行数据组织；

对飞机真实结构的逐层分解和细化、最后分解到具体的某一个元件、零件和组件，针对机身普通框，其编号为：运X_1.2-01-03-0201-05_07，运X_1.2表示运X大型运输客机第1.2轮强度设计；01代表机身；03代表中机身；0201代表中机身的普通框；05_07代表该普通框中以机身右侧地板梁为基准的第7根缘条，对象的唯一性编号对强度设计分析各专业、各类数据进行组织、管理和检索，对于某一个飞机构件，它首先是一个真实的物理对象，其次它的位置(坐标信息)、几何属性、结构连接/装配特性、材料属性、承载能力(强度、刚度、稳定性)、结构抗疲劳和裂纹扩展能力、动力学特性等都是一定的，再引入特定的载荷环境(静力载荷、疲劳载荷谱、腐蚀环境谱、振动特性载荷)后，其寿命指标和其他各项结构强度指标就都确定了，但无论涉及到哪些指标，其背后对应的都是这个结构对象，由此，本发明突出的特点就是始终以结构对象本身为核心，对其进行唯一性编号，此后将它的上述各项特性以最基本的“元数据”的方式进行分解和体系化存储管理，这样即唯一确定了每一个子结构在数据库或数据表单中的唯一性位置，同时也将结构强度的各自专业、各类仿真分析的性能及数据指标进行了结构化存储和管理，实现了真正的深度有效的管理；

强度模型的构建的步骤为：针对机身框，其强度模型与构型的关系，强度模型将包括参数化基准模型、强度的各子专业模型均以单元、特性、载荷、分析、结果进行一体化整合，针对本示例的中机身第x框，强度校核单元主要包含支柱、腹板、缘条、连接件；特性包括这些单元的几何特性、剖面特性、材料特性、连接特性和强度校核参数；载荷包括总体有限元计算的单元力、应力、板及型材的端部支持系数，分析就是针对该普通框的弯曲、腹板剪切等稳定性分析，结果就是分析的各类系数、工作应力、许用应力和强度裕度；

强度模型与各专业仿真模型数据关系构建的步骤为：将结构强度各专业的数据关系进行深度的组织、梳理，实现静态数据和动态数据的构型组织存储；针对本示例看，参数化的基准模型主要通过将板的长度、宽度、中面、厚度，杆的轴线、剖面型式、各子单元几何参数化等数值通过UI交互或者数据库导入进行参数化构建，构建完成后，包括有限元模型的节点、单元、强度模型的面积、惯性积/矩、应力恢复点等直接关联，在补充相应的子专业设计分析的特性数据后，即形成了联动耦合的统一模型，实现各类数据的有机交联；

数据与业务流程关系整合的步骤为：以基于构型构建的模型为基础，将数据规划、数据分解、数据实施、数据校验、数据提交、数据归档这个完整的业务导向的数据传递过程进行流程化整合；最后实现与项目-飞机机型-设计轮次-构型细节等对应的数据的有效沉淀和传承；

数据与人员角色关系整合的步骤为：引入业务流程和人员角色(组织机构、部门及各级用户(管理员、结构强度总设计师、主任设计/工程师、主管设计/工程师、工程师等层级)，最后对具体的工作，要明确设计对象是什么(件/组件/零件/原件)、这个对象要做哪些工作(分析工作、设计工作)、这个工作具体由谁来做(任务及数据逐层分解、任务实施、数据校验及提交、数据归档具体的责任部门及人)。

技术方案

A、飞机构型的构建及组织

飞机是由数万个零件组成的复杂装备，其结构强度数据包含设计数据和仿真分析数据，不仅数据庞杂、且涉及到的专业分析从广度和深度都很复杂，因此，目前传统的PDM或SLM等系统，都没给出过真正实用有效的解决方案，其实关键问题总结起来主要是：(1)没有从飞机结构这个对象的本身复杂的构造关系、以及冗杂的深度特质化和专业化的数据体系这个角度出发来构建数据组织和管理体系；(2)没有针对不同维度、不同专业、不同特性数据的统一有效的组织机制和底层数据结构。由此，本发明创造性的提出了基于“构型”的飞机结构强度模型管理方案。

飞机结构从本质上，是可以归结为有不同层级的零、组件体系，这些零、组件体系如果从物理对象或者工程特性出发，是有其核心的组织规律和关系的，这个关系最直接的体现和反映就是构型(如附图1)。

B、强度模型及其在飞机强度的专业化应用

强度模型是真实的飞机结构物理对象的直接当量，其实质是这些工程物理对象相关的所有设计分析要素的组织集合，也是最直接反映这些工程对象的“基准模型”，它将工程对象中包含的各专业数据均进行“统一模型”的处理和管理，其后台对应的也是统一模型理论下的各类通用的底层数据结构、基类组件/控件、通用的功能模块和统一的数据库体系。多年的工程实践证明，强度模型是复杂装备设计分析最有效的数字化解决方案和桥梁纽带，对于飞机结构强度模型管理和组织同样具有深度的适用性、有效性和先进性。强度模型由以下基本要素组成：

单元：强度模型的基本组成，同一个“基准模型”，均可以基于“构型”的组织层次分解成不同的单元；对于飞机结构，单元与其构型在不同专业模型中是无缝耦合的；

特性：模型及单元背后对应的各类属性参数，常见的有几何参数、结构剖面参数、装配特性参数、材料特性参数、设计及分析特性参数等；对于飞机结构，特性是基于构型组织下的各专业的静态参数表或数据库，以及与分析设计上下游专业相关的动态特性参数、此外还有强度模型的参数化设计-建模特性参数；

载荷：结构对象(模型或单元)上施加的外在荷载或边界条件；对于飞机强度，主要有外载荷、单元边界条件或端部支持系数等；

分析：结构设计过程需要进行的求解运算或是仿真计算；对于飞机强度分析，主要包括工作载荷/应力的计算、结构承载能力的计算和刚度、强度、稳定性评价指标的计算；

结果：对于某一专业，结果即是分析的输出，而对于其下游专业，结果往往又是其输入。

本技术方案基于构型、并应用强度模型，最突出作用是将强度模型与飞机强度各子专业的设计分析数据进行归一化整合，有序且有效的建立起各类强度数据之间内部的组织传递关系。

本发明的一种以构型为基础的飞机结构强度数据管理技术可以实现飞机结构强度各专业数据的深度整合及专业化有效管理，可以将传统的基于仿真模型或文件存储的数据管理手段深度分解到基于构型体系构建的各级“元数据”进行有效的管理，便于飞机强度设计分析过程动态数据的有效监控和实时修正，同时实现了对于各版本、各轮次数据体系的有效分析对比，从而可以完全量化迭代飞机结构强度设计方案和设计指标体系。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (1)

1.一种以构型为基础的飞机结构强度数据管理技术，其特征在于：所述的的实施过程包括：构型的构建、强度模型的构建、强度模型与各专业仿真模型数据关系构建、数据与业务流程关系整合和数据与人员角色关系整合；

构型的构建的步骤为：对飞机真实结构的逐层分解和细化、最后分解到具体的某一个元件、零件和组件，针对机身普通框，其编号为：运X_1.2-01-03-0201-05_07，运X_1.2表示运X大型运输客机第1.2轮强度设计；01代表机身；03代表中机身；0201代表中机身的普通框；05_07代表该普通框中以机身右侧地板梁为基准的第7根缘条，对象的唯一性编号对强度设计分析各专业、各类数据进行组织、管理和检索，将它的上述各项特性以最基本的“元数据”的方式进行分解和体系化存储管理，这样即唯一确定了每一个子结构在数据库或数据表单中的唯一性位置，同时也将结构强度的各自专业、各类仿真分析的性能及数据指标进行了结构化存储和管理，实现了真正的深度有效的管理；

强度模型的构建的步骤为：针对机身框，其强度模型与构型的关系，强度模型将包括参数化基准模型、强度的各子专业模型均以单元、特性、载荷、分析、结果进行一体化整合，针对本示例的中机身第x框，强度校核单元主要包含支柱、腹板、缘条、连接件；特性包括这些单元的几何特性、剖面特性、材料特性、连接特性和强度校核参数；载荷包括总体有限元计算的单元力、应力、板及型材的端部支持系数，分析就是针对该普通框的弯曲、腹板剪切等稳定性分析，结果就是分析的各类系数、工作应力、许用应力和强度裕度；

强度模型与各专业仿真模型数据关系构建的步骤为：将结构强度各专业的数据关系进行深度的组织、梳理，实现静态数据和动态数据的构型组织存储；针对本示例看，参数化的基准模型主要通过将板的长度、宽度、中面、厚度，杆的轴线、剖面型式、各子单元几何参数化等数值通过UI交互或者数据库导入进行参数化构建，构建完成后，包括有限元模型的节点、单元、强度模型的面积、惯性积/矩、应力恢复点等直接关联，在补充相应的子专业设计分析的特性数据后，即形成了联动耦合的统一模型，实现各类数据的有机交联；

数据与业务流程关系整合的步骤为：以基于构型构建的模型为基础，将数据规划、数据分解、数据实施、数据校验、数据提交、数据归档这个完整的业务导向的数据传递过程进行流程化整合；最后实现与项目-飞机机型-设计轮次-构型细节等对应的数据的有效沉淀和传承；

数据与人员角色关系整合的步骤为：引入业务流程和人员角色，最后对具体的工作，明确对象。

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