CN116257929A - 一种带有连接接头部件静力试验超静定边界模拟确定方法 - Google Patents

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杜峰
刘玮
王孟孟
朱亚辉
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Abstract

一种带有连接接头部件静力试验超静定边界模拟确定方法，包括：进行部件实际状态下的有限元分析；进行部件边界上各个连接接头铰支约束状态下的有限元分析；若部件实际状态下、部件上各个连接接头铰支约束状态下各个连接接头节点力、主传力路径上单元应变偏差超出偏差设定值，则：在部件边界上各个连接接头铰支约束状态的基础上，根据部件理论状态下各接头相对变形情况释放部分连接接头在部分方向上的位移约束，并在部分连接接头上施加主动载荷，根据新的边界条件建立更新有限元模型，构造优化模型对主动载荷进行修正，直至各个连接接头节点力、主传力路径应变与部件实际状态下的偏差位于偏差设定值范围内，进而得出部件静力试验超静定边界模拟。

Description

一种带有连接接头部件静力试验超静定边界模拟确定方法
技术领域
本申请属于带有连接接头部件静力试验技术领域，具体涉及一种带有连接接头部件静力试验超静定边界模拟确定方法。
背景技术
飞机中存在大量通过连接接头进行连接的部件，当前，在对该种部件进行静力试验时，多是直接在部件的连接接头部位施加铰支约束，以模拟部件的边界条件，该种技术方案存在以下缺陷：
在部件的分离面刚度较弱时，各个连接接头之间会发生明显的相对变形，而铰支约束限制的各个连接接头的变形自由度，致使静力试验时不能够准确模拟部件的传力路径及其载荷分配，难以得到准确的试验结果。
需注意的是，以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本申请的目的是提供一种带有连接接头部件静力试验超静定边界模拟确定方法，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。
本申请的技术方案是：
一种带有连接接头部件静力试验超静定边界模拟确定方法，包括：
进行部件实际状态下的有限元分析；
进行部件边界上各个连接接头铰支约束状态下的有限元分析；
若部件实际状态下、部件上各个连接接头铰支约束状态下各个连接接头节点力、主传力路径上单元应变间的偏差超出偏差设定值，则：
在部件上各个连接接头铰支约束状态的基础上，释放部分连接接头在部分方向上的位移约束，并在部分连接接头上施加主动载荷，根据新的边界条件更新有限元模型，构造优化模型对主动载荷进行修正，直至所得各个连接接头节点力、主传力路径单元应变与部件实际状态下偏差位于偏差设定值范围内，进而得出部件静力试验超静定边界准确模拟。
根据本申请的至少一个实施例，上述的带有连接接头部件静力试验超静定边界模拟确定方法中，所述在部件上各个连接接头铰支约束状态的基础上，释放部分连接接头在部分方向上的位移约束，根据新的边界条件更新有限元模型，具体为：
根据部件实际状态下各个连接接头间的相对变形，在部件上各个连接接头铰支约束状态的基础上，释放部分连接接头在部分方向上的位移约束，更新有限元模型。
根据本申请的至少一个实施例，上述的带有连接接头部件静力试验超静定边界模拟确定方法中，所述部件实际状态下各个连接接头间的相对变形，由部件实际状态下各个连接接头的节点位移计算得到。
根据本申请的至少一个实施例，上述的带有连接接头部件静力试验超静定边界模拟确定方法中，所述在部件上各个连接接头铰支约束状态的基础上，在部分连接接头上施加主动载荷，根据新的边界条件更新有限元模型，构造优化模型对主动载荷或位移进行修正，具体为：
根据部件实际状态下、部件上各个连接接头铰支状态下各个连接接头节点力间的偏差，在部件上各个连接接头铰支约束状态的基础上，在部分连接接头上施加主动载荷，根据新的边界条件更新有限元模型，构造优化模型对接头主动载荷进行修正，以接头主动载荷为优化设计变量，以各接头载荷和主传力路径上单元应变偏差(与部件实际状态下对比)为优化目标，在部段结构有限元仿真模型平台上，对有限元模型载荷卡片进行迭代，实时提取接头载荷和单元应变并与部件实际状态下对比计算误差，优化收敛得到最优接头主动载荷。
附图说明
图1是本申请实施例提供的对飞机外机翼静力试验超静定边界模拟确定的示意图。
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，此外，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
具体实施方式
为使本申请的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例，其仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。
此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示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，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本申请描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本申请描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，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，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。
下面结合附图1对本申请做进一步详细说明。
一种带有连接接头部件静力试验超静定边界模拟确定方法，包括：
进行部件实际状态下的有限元分析；
进行部件上各个连接接头铰支约束状态下的有限元分析；
若部件实际状态下、部件边界上各个连接接头铰支状态下各个连接接头节点力、主传力路径上单元应变间的偏差超出偏差设定值，则：
在部件上各个连接接头铰支约束状态的基础上，释放部分连接接头在部分方向上的位移约束，并在部分连接接头上施加主动载荷，根据新的边界条件更新有限元模型，构造优化模型对主动载荷或位移进行修正，直至所得各个连接接头节点力、主传力路径上单元应变与部件实际状态下的偏差位于偏差设定值范围内，进而得出部件静力试验超静定边界准确模拟。
对于上述实施例公开的带有连接接头部件静力试验超静定边界模拟确定方法，领域内技术人员可以理解的是，其基于部件实际状态下、部件上各个连接接头铰支约束状态下的有限分析，在部件实际状态下、部件上各个连接接头铰支约束状态下各个连接接头节点力、主传力路径上单元应变间的偏差超出偏差设定值时，通过对部件上各个连接接头铰支约束状态下，部分连接接头在部分方向上位移约束的调整，并在部分连接接头上主动载荷的施加，构造优化模型对主动载荷进行优化，使所得各个连接接头节点力、主传力路径上单元应变与部件实际状态下各个连接接头节点力间的偏差位于偏差设定值范围内，进而得出部件静力试验超静定边界准确模拟，基于此进行部件静力试验，设计部件各个连接接头的位移约束，以及主动载荷的施加，可准确模拟部件的传力路径及其载荷分配，难以得到准确的试验结果，其中，所说偏差设定值可由相关技术人员在应用本申请公开的技术方案时，根据具体实际进行确定，在此不再做更细致的说明。
在一些可选的实施例中，上述的一种带有连接接头部件静力试验超静定边界模拟确定方法中，所述在部件上各个连接接头铰支约束状态的基础上，释放部分连接接头在部分方向上的位移约束，根据新的边界条件更新有限元模型，具体为：
根据部件实际状态下各个连接接头间的相对变形，在部件上各个连接接头铰支约束状态的基础上，释放部分连接接头在部分方向上的位移约束，具体可释放连接接头间具有较大相对变形方向上的位移约束，对应在部件静力试验中为取消对应连接接头的铰支约束，在需要位移约束的方向上进行单自由度限位，更新有限元模型。
在一些可选的实施例中，上述的一种带有连接接头部件静力试验超静定边界模拟确定方法中，所述部件实际状态下各个连接接头间的相对变形，由部件实际状态下各个连接接头的节点位移计算得到。
在一些可选的实施例中，上述的种带有连接接头部件静力试验超静定边界模拟确定方法中，所述在部件上各个连接接头铰支状态的基础上，在部分连接接头上施加主动载荷，根据新的边界条件更新有限元模型，构造优化模型对主动载荷或位移进行修正，具体为：
根据部件实际状态下、部件上各个连接接头铰支状态下各个连接接头节点力间的偏差，在部件上各个连接接头铰支状态的基础上，在部分连接接头上施加主动载荷，对应在部件静力试验中为通过作动筒施加主动载荷，根据新的边界条件更新有限元模型，构造优化模型对接头主动载荷进行修正，以接头主动载荷为优化设计变量，以各接头载荷和主传力路径上单元应变偏差(与部件实际状态下对比)为优化目标。在部段结构有限元仿真模型平台上，对有限元模型载荷卡片进行迭代，实时提取接头载荷和单元应变并与部件实际状态下对比计算误差，优化收敛得到最优接头主动载荷。
在一个具体的实施例中，对外机翼进行静力试验，外机翼通过前、后梁上的四个连接接头连接在内机翼上，以上述实施例公开的连接接头部件静力试验超静定边界模拟确定方法，得出外机翼静力试验的超静定边界模拟，其过程如下：
1.在飞机全机状态下进行有限元仿真分析，提取该外机翼与内机翼4个连接接头的节点力、节点位移，对比各个连接接头的节点位移，计算连接接头间相对变形。
2.对外机翼4个连接接头处施加铰支约束，翼面惯性载荷、气动载荷施加与飞机全机状态一致，进行有限元仿真分析，提取4个连接接头的节点力，与飞机全机状态下进行对比，发现外机翼前、后梁在主载荷方向分载存在较大误差，超出偏差设定值；
3.分析飞机全机状态下外机翼4个连接接头的相对变形，4个连接接头面内变形较小，4个连接接头中心在y方向上保持在同一个平面内，外机翼前梁上2个连接接头和后梁上2个连接接头间在Z方向上存在较大相对变形，且外机翼前、后梁上连接接头受压，下连接接头受拉，后梁拉载小，可保持对外机翼前梁、后梁上方连接接头的铰支约束，释放对前梁下方连接接头在z方向的约束，以及释放对后梁上方连接接头铰在x、y、z方向约束，并在后梁下方的连接接头上施加y、z方向的主动载荷，更新有限元模型，如图1所示，构造优化模型求解在后梁下方连接接头上施加的y、z方向的主动载荷，使所得4个连接接头的节点力和主传力路径上单元应变与飞机全机状态下相比，不超出偏差设定值，得出外机翼静力试验超静定边界准确模拟。
说明书中各个实施例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部分互相参见即可。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种带有连接接头部件静力试验超静定边界模拟确定方法，其特征在于，包括：
进行部件实际状态下的有限元分析；
进行部件边界上各个连接接头铰支约束状态下的有限元分析；
若部件实际状态下、部件上各个连接接头铰支状态下各个连接接头节点力、主传力路径上单元应变偏差超出偏差设定值，则：
在部件边界上各个连接接头铰支约束状态的基础上，释放部分连接接头在部分方向上的位移约束，并在部分连接接头上施加主动载荷，根据新的边界条件建立更新有限元模型，构造优化模型对主动载荷进行修正，直至所得各个连接接头节点力、主传力路径单元应变与部件实际状态下的偏差位于偏差设定值范围内，进而得出部件静力试验超静定边界准确模拟。
2.根据权利要求1所述的带有连接接头部件静力试验超静定边界模拟确定方法，其特征在于，
所述在部件边界上各个连接接头铰支约束状态的基础上，释放部分连接接头在部分方向上的位移约束，根据新的边界条件更新有限元模型，具体为：
根据部件实际状态下各个连接接头间的相对变形，在部件上各个连接接头铰支约束状态的基础上，释放部分连接接头在部分方向上的位移约束，更新有限元模型。
3.根据权利要求2所述的带有连接接头部件静力试验超静定边界模拟确定方法，其特征在于，
所述部件实际状态下各个连接接头间的相对变形，由部件实际状态下各个连接接头的节点位移计算得到。
4.根据权利要求1所述的带有连接接头部件静力试验超静定边界模拟确定方法，其特征在于，
所述在部件边界上各个连接接头铰支约束状态的基础上，在部分连接接头上施加主动载荷，根据新的边界条件更新有限元模型，构造优化模型对主动载荷或位移进行修正，具体为：
在部件上各个连接接头铰支约束状态的基础上，在部分连接接头上施加主动载荷，根据新的边界条件更新有限元模型，构造优化模型对接头主动载荷进行修正，以接头主动载荷为优化设计变量，以各接头载荷和主传力路径上单元应变偏差为优化目标，在部段结构有限元仿真模型平台上，对有限元模型载荷卡片进行迭代，实时提取接头载荷和单元应变并与部件实际状态下对比计算误差，优化收敛得到最优接头主动载荷。
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