一种有限元载荷施加方法
【专利摘要】本发明属于飞机设计领域，涉及一种有限元载荷的施加方法。其特征在于综合考虑了各种载荷的简化或离散对计算结果的影响，以及加载实现的难易程度，将飞机载荷分为集中载荷和分布载荷，并将分布载荷按结构进行分区；在有限元模型中挑选出要加载的节点，并将要加载的节点按分布载荷分区的形式进行分区；分别施加集中载荷和分布载荷；采用本方法进行有限元模型加载可以满足工程计算精度，且便于使用计算机批量处理。
【专利说明】一种有限元载荷施加方法
【技术领域】
[0001]本发明属于飞机设计领域，涉及一种有限元载荷的施加方法。
【背景技术】
[0002]有限元是现代飞机强度分析的重要手段，有限元模型中载荷施加的准确程度直接关系到计算结果的正确性。有限元载荷的施加就是将飞机结构上的各种载荷离散到有限元节点上，这是一项复杂、费时、不易准确实现的工作，目前这项工作还没有统一的实施方法和评价标准。
【发明内容】
[0003]本专利提供了一种有限元载荷施加方法，该方法综合考虑了各种载荷简化或离散对计算结果的影响，以及加载实现的难易程度。采用本方法进行有限元加载可以满足工程计算精度，且便于使用计算机批量处理。
[0004]本发明的技术方案是:一种有限元载荷施加方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0005]第一，将飞机载荷分为集中载荷和分布载荷，并将分布载荷按结构进行分区；
[0006]第二，在有限元模型中挑选出要加载的节点，并将要加载的节点按分布载荷分区的形式进行分区；
[0007]第三，施加集中载荷的方法为:将集中载荷加到有限元相关节点上；施加分布载荷步骤为:
[0008]a)将某一分区的分布载荷和有限元加载节点均按相同原则划分计算剖面；
[0009]b)将两个计算剖面间的分布载荷积分求总载荷P和载荷作用点m，然后按力学等效的方法将载荷P分到相邻的两个计算剖面上，大小分别为Pa和Pb，计算剖面上的载荷作用点为ma和mb ；
[0010]c)在计算剖面上载荷作用点处建立节点，将载荷Pa和Pb施加到计算剖面的载荷作用点ma和mb上。
[0011]d)在载荷作用点与计算剖面上各有限元加载节点间建立MPC (RBE3)单元；
[0012]e)将所有分区都按a-d的步骤操作，完成全机分布载荷的施加。
[0013]所述的载荷作用点是指在该点上施加的集中力不产生弯矩。
[0014]所述的“MPC单元”，指的是在载荷作用点和有限元节点间的一种多点约束，使加在载荷作用点上的载荷通过数学公式换算到有限元节点上。
[0015]所述的“计算剖面”是指飞机上存在的自然结构，对于翼面一般指的是肋，对于机身，一般指的是框。
[0016]所述的“要加载的节点”，是指有限元模型中存在的节点，在这些节点上加载荷不会对分析结果的正确性产生影响。
[0017]所述的“力学等效的方法”，指的是用杠杆原理将某一载荷分配到相邻两个计算剖面上。[0018]本发明的优点是:综合考虑了各种载荷简化或离散对计算结果的影响，以及加载实现的难易程度，在保证加载精度的同时，使载荷施加过程简化，便于程序实施。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]附图1是某飞机分布载荷的分区
[0020]附图2机翼分布载荷的施加方法
[0021]附图3计算剖面与载荷作用点之间建立MPC
【具体实施方式】
[0022]下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
[0023]一、以某飞机的载荷施加为研究对象，找出该飞机的所有载荷中的集中载荷，包括发动机载荷、导弹载荷、雷达载荷，并将分布载荷分为机身、机翼、平尾、垂尾四个分区，见附图1。
[0024]二、挑选有限元模型中可以加载的节点，并将挑选出来的有限元节点按附图1进行分区。
[0025]三、将发动机载荷加到发动机与机体连接的接头处，将导弹载荷加到导弹与机体连接的接头处，将雷达载荷加到雷达在机身的固定点处。
[0026]四、将机翼的分区按肋划分计算剖面，积分计算相邻两个肋间总的分布载荷P以及载荷作用点m，并按杠杆原理将P分配至相邻的计算剖面上，载荷分别为Pa和Pb，载荷作用点分别为ma和mb，见附图2所示。
[0027]五、在ma处和mb处施加载荷Pa和Pb,并在ma和mb与计算剖面上的有限元节点间建立MPC单元。按此方法完成所有翼面分区计算剖面的载荷施加。
[0028]六、机身、平尾、垂尾分布载荷的施加方案同机翼，机身的计算剖面为框剖面。
【权利要求】
1.一种有限元载荷施加方法，其特征在于， 将飞机载荷分为集中载荷和分布载荷，并将分布载荷按结构进行分区； 在有限元模型中挑选出要加载的节点，并将要加载的节点按分布载荷分区的形式进行分区； 施加集中载荷的方法为:将集中载荷加到有限元相关节点上； 施加分布载荷步骤为: a)将某一分区的分布载荷和有限元加载节点均按相同原则划分计算剖面； b)将两个计算剖面间的分布载荷积分求总载荷P和载荷作用点m，然后按力学等效的方法将载荷P分到相邻的两个计算剖面上，大小分别为Pa和Pb，计算剖面上的载荷作用点为ma和mb ； c)在计算剖面上载荷作用点处建立节点，将载荷Pa和Pb施加到计算剖面的载荷作用点ma和mb上； d)在载荷作用点与计算剖面上各有限元加载节点间建立MPC单元； e)将所有分区都按a-d的步骤操作，完成全机分布载荷的施加。
【文档编号】G06F17/50GK103984803SQ201410156494
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】何刚, 王建志, 吴德锋, 靳诚忠 申请人:中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所