一种翼面结构刚度仿真方法

摘要

本发明公开了一种翼面结构刚度仿真方法，以CATIA为对象，包括以下几个步骤：步骤一、模型初始化；步骤二、参数初始化；步骤三、CAD模型操作；步骤四、数图处理；步骤五、获取翼面刚度；本发明创新性地将工程梁理论与CAD二次开发技术相结合，以CATIA为例，能够在CATIA的环境下快速完成翼面结构刚度提取，且结果精度较高，系统使用方便，界面友好，与CATIA实现了完美结合，突破了三维CAD软件因专业限制而造成的无法计算翼面结构刚度特性的障碍，是对CAD软件功能本身的一个补充与提升。

主权项

1.一种翼面结构刚度仿真方法，其特征在于，以CATIA为对象，包括以下几个步骤：步骤一、模型初始化；初始化CAD软件，将目标模型初始化为当前工作对象，首先判断是否已启动CATIA程序，如果未启动，自动获取CATIA对象，并启动CATIA；其次，判断当前激活文件是否为目标模型文件，如若不是，则自动激活目标模型文件；步骤二、参数初始化；交互输入所要获取刚度特性的截面的位置参数，位置参数为数字参数或者图形参数，当为数字参数时，以点坐标位置形式输入并生成站位面；当为图形参数时，交互选择已存在的站位面，作为目标模型的初始化参数；通过选择站位面，获取平面对象，作为目标模型的唯一参数输入；判断参数是否正确，如果正确进行下一步，否则从新获取参数；步骤三、CAD模型操作；获取三维CAD模型基本参数，在结构装配体模型中快速获取任意指定站位面的几何特性及与截面相关联的构件的材料属性；截面几何特性包括构件的截面面积、形心坐标、对自身的惯性矩，以及蒙皮长度、沿弦线方向的厚度和翼梁高度、腹板的厚度；在CATIA三维模型上生成分割，并提取出该输入站位面位置上的翼面截面及材料属性和相应的几何特性；由于蒙皮及翼梁腹板是变厚度的，CATIA AUTOMATION提供的命令无法直接获取变厚度值，因而，在蒙皮以及翼梁缘线上建立一系列分布点，并在分布点位置上建立蒙皮及腹板相交线，调用长度测量函数获取蒙皮及腹板厚度；获取构件的材料属性主要是通过获取构件的材料牌号，从而获得其弹性模量E和剪切模量G；步骤四、数图处理；包括图形识别与数值计算两部分，图形识别是对CAD模型操作模块中获得的几何特性与材料特性数据进行处理，与其相对应的构件进行匹配；CATIA AUTOMATION命令从CATIA模型中获取的数据不能直接与构件一一对应，如不能分辨出数据到底是来自于蒙皮构件还是来自长桁构件，CATIA程序是按照结构树顺序依次进行提取的，然而与站位面相关联的构件不一定完全符合结构树顺序，因此，必须进行图形识别以确定数据与构件的匹配才可进行下一步的计算分析；图形识别的方法是：在进行结构装配件分割的过程中获取相关联构件的牌号，并将其传递给分割后提取的相应构件的截面，根据不同构件截面的牌号，甄别出不同的构件，同时，将前述模块获取的截面参数以数据结构组的形式存储于各自构件的存储容器中，即实现数据与结构的匹配；数值计算部分是在图形识别基础之上，对与构件匹配的数据进行合理处理，删除构件极限位置的奇异点，并按照工程梁理论计算要求进行数组排序；步骤五、获取翼面刚度；依据工程梁理论，获取翼面弯曲、扭转刚度及刚心位置，并以图表的形式输出沿弹性轴翼面刚度分布规律；获取刚度主要依据的公式如下：弯曲刚度：${\mathrm{EJ}}_x=E(\int \phi y^2\mathrm{tds}+\underset{j}{\Sigma }{\phi }_j{A}_j{y_j}^2)$${\mathrm{EJ}}_y=E(\int \phi x^2\mathrm{tds}+\underset{j}{\Sigma }{\phi }_j{A}_j{x_j}^2)---\left(1\right)$式中：φ_j——长桁与蒙皮间的折算系数；A_j-每个长桁的面积；s——沿蒙皮壁板积分方向上的线积分坐标；E——材料弹性模量；J_x，J_y——截面对形心X、Y轴的惯性矩；x，y——蒙皮、壁板各段坐标；x_j，y_j——长桁、缘条坐标；t——蒙皮、壁板各段厚度。扭转刚度：$\mathrm{GJ}=\frac{{\Omega }^2}{\int \frac{\mathrm{ds}}{\mathrm{Gt}}}---\left(2\right)$其中：t——各个不同积分段的厚度；Ω——闭室面积的2倍；G——材料切变模量；s——沿蒙皮壁板积分方向上的线积分坐标；J——截面扭转惯性矩。刚心坐标：$X=\frac{1}{J_{\mathrm{ox}1}}({\int \tilde{S}}_x\mathrm{\rho ds}-\frac{\int \frac{{\stackrel{\text{~}}{S}}_x}{\mathrm{Gt}}\mathrm{ds}}{\int \frac{1}{\mathrm{Gt}}\mathrm{ds}})$$Y=\frac{1}{J_{\mathrm{oy}1}}(-{\int \tilde{S}}_y\mathrm{\rho ds}+\frac{\int \frac{{\tilde{S}}_y}{\mathrm{Gt}}\mathrm{ds}}{\int \frac{1}{\mathrm{Gt}}\mathrm{ds}})---\left(3\right)$式中：J_ox1，J_oy1——剖面对形心主轴的惯性矩；ρ——不同积分段的曲率半径；G——材料的剪切模量；t——不同积分段的材料厚度；是每个积分段的广义静矩；s——沿蒙皮壁板积分方向上的线积分坐标；X，Y——刚心平面坐标。将得到的弯曲刚度、扭转刚度、刚心以图表形式输出翼面结构刚度分布规律。