一种机翼结构有限元模型的质量检查方法与流程

1.本技术属于飞机质量工程领域，特别涉及一种机翼结构有限元模型的质量检查方法。


背景技术：

2.机翼是飞机的重要部件之一，安装在机身上。其最主要作用是产生升力，同时也可以在机翼内布置弹药舱和油箱，在飞行中可以收藏起落架。另外，机翼上还安装有改善起飞和着陆性能的襟翼和用于飞机横向操纵的副翼，有的机翼还在前缘装有缝翼等增加升力的装置。现代飞机机翼结构复杂，新材料使用率高，结构设计难度大。
3.有限元分析(fea,finite element analysis)利用数学近似方法对真实的飞机结构(几何和载荷工况)进行模拟。利用简单而又相互作用的单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。目前，飞机有限元分析已成为现代飞机设计流程中必不可少的一环，对于结构发图、强度校核均具有至关重要的指导意义。机翼有限元模型的质量直接决定了该有限元模型的仿真准确程度，其单元是否规范、约束是否准确、材料属性是否正确、载荷施加是否合理等等均对最后的仿真结果正确与否具有决定意义。可以说，机翼结构有限元模型如果出现严重质量问题，那么该型飞机的机翼设计一定失败，甚至会造成灾难性事故，所以机翼结构有限元模型的质量检查具有重要的意义。目前，主流飞机设计公司通常使用成熟的商用有限元分析软件如patran、nastran、abacus等对飞机结构进行建模，从分析飞机整体或结构件的传力方式、应力水平到细节部位的应力分析的方法应有尽有。但是，结构、强度设计师在建立机翼有限元分析模型后，没有成熟的质量检查方法，无法全面、系统的对机翼有限元模型进行质量检查。综上所述，机翼结构有限元模型质量检查的方法十分必要。
4.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。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供了一种机翼结构有限元模型的质量检查方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。
6.本技术的技术方案是：
7.一种机翼结构有限元模型的质量检查方法，包括：
8.步骤一、进行机翼结构有限元模型文件管理质量检查；
9.步骤二、进行机翼结构有限元模型的建模质量检查；
10.步骤三、进行机翼结构有限元模型特征质量检查。
11.在本技术的至少一个实施例中，步骤一中，所述进行机翼结构有限元模型文件管理质量检查包括：
12.s101、对机翼结构有限元模型文件的命名进行质量检查，所述机翼结构有限元模型文件的命名包括轮次编号、版本编号、构件代号以及文件扩展名；
13.s102、对机翼结构有限元模型文件的说明文件进行质量检查，所述机翼结构有限元模型文件的说明文件包括模型名称、描述、更新日期、载荷工况、载荷版本、更新描述以及历史版本描述。
14.在本技术的至少一个实施例中，步骤二中，所述进行机翼结构有限元模型的建模质量检查包括：
15.s201、获取有限元模板文件，检查所述机翼结构有限元模型是否满足有限元模板文件中的要求；
16.s202、检查所述机翼结构有限元模型与实际结构是否遵循力学等效原则，力学等效包括结构受力、传力路线以及支持条件；
17.s203、检查所述机翼结构有限元模型的网格和单元是否与实际结构中的受力构件一一对应。
18.在本技术的至少一个实施例中，步骤三中，所述进行机翼结构有限元模型特征质量检查包括：
19.s301、对所述机翼结构有限元模型的坐标系系统进行检查；
20.s302、对所述机翼结构有限元模型的单位进行检查；
21.s303、对所述机翼结构有限元模型的材料进行检查；
22.s304、对所述机翼结构有限元模型的属性进行检查；
23.s305、对所述机翼结构有限元模型的载荷与约束进行检查；
24.s306、对所述机翼结构有限元模型的细节进行检查。
25.在本技术的至少一个实施例中，s301中，所述对所述机翼结构有限元模型的坐标系系统进行检查包括：
26.检查所述机翼结构有限元模型的坐标系系统是否满足：坐标原点在机头处，x轴沿机身轴线逆航向为正，y轴垂直向上为正，z轴指向左翼为正。
27.在本技术的至少一个实施例中，s302中，所述对所述机翼结构有限元模型的单位进行检查包括：
28.检查所述机翼结构有限元模型的单位是否为mm/g/ms/k基本单位制。
29.在本技术的至少一个实施例中，s303中，所述对所述机翼结构有限元模型的材料进行检查包括：
30.检查所述机翼结构有限元模型的材料是否满足：
31.金属材料采用各向同性本构模型；
32.复合材料单层采用2d正交各向异性本构模型；
33.复合材料层压板采用composite/laminate模型。
34.在本技术的至少一个实施例中，s304中，所述对所述机翼结构有限元模型的属性进行检查包括：
35.检查所述机翼结构有限元模型的属性是否满足：
36.属性命名格式体现部件、构件、材料、单元类型以及属性值；
37.左右侧对称单元的属性单独构建，并指定材料方向；
38.所述机翼结构有限元模型与实际结构的材料、结构尺寸一致。
39.在本技术的至少一个实施例中，s305中，所述对所述机翼结构有限元模型的载荷
与约束进行检查包括：
40.检查所述机翼结构有限元模型的载荷与约束是否满足：
41.以集中节点力形式提供的载荷，按部段分区进行，保证载荷不跨越以集中接头形式连接的独立部件；
42.加载前后各独立部件及全机的总载荷满足力学等效，力及力矩的加载误差不大于0.1％，压心位置的相对误差不大于1％；
43.以分布力形式提供的载荷，在限定的加载范围内，加载前后的载荷分布满足一致性要求，积分后力和力矩的加载误差不大于1％，压心位置的相对误差不大于3％。
44.在本技术的至少一个实施例中，s306中，所述对所述机翼结构有限元模型的细节进行检查包括：
45.检查所述机翼结构有限元模型的细节是否满足：
46.机翼的承力构件体现在所述机翼结构有限元模型中；
47.机翼与机身连接接头的连接关系用mpc模拟，襟副翼与主翼盒的连接用mpc模拟；
48.机翼外表面节点取在理论外形上，内部节点按零件轴线确定；
49.单元类型应选取cquad4、ctria3、crod、chexa、cpenta、mpc，复合材料壁板采用pcomp按实际铺层设计，墙、肋缘条采用prod缘条面积进行等刚度折算，墙、肋加筋、壁板加筋采用prod，取加筋实际面积。
50.发明至少存在以下有益技术效果：
51.本技术的机翼结构有限元模型的质量检查方法，可在飞机设计阶段对飞机机翼结构有限元模型的质量进行精确、快速的分析，解决了传统手段没有成熟的机翼结构有限元质量检查方法，无法全面、系统的对机翼有限元模型进行质量检查的问题。
附图说明
52.图1是本技术一个实施方式的机翼结构有限元模型示意图；
53.图2是本技术另一个实施方式的机翼结构有限元模型示意图；
54.图3是本技术的一个实施方式的机翼结构有限元模型检查表示意图。
具体实施方式
55.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，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，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施例进行详细说明。
56.在本技术的描述中，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技术和简化描述，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技术保护
范围的限制。
57.下面结合附图1至图2对本技术做进一步详细说明。
58.本技术提供了一种机翼结构有限元模型的质量检查方法，包括以下步骤：
59.步骤一、进行机翼结构有限元模型文件管理质量检查；
60.步骤二、进行机翼结构有限元模型的建模质量检查；
61.步骤三、进行机翼结构有限元模型特征质量检查。
62.具体的，本技术的机翼结构有限元模型的质量检查方法，为有效控制有限元模型的状态，需要对机翼结构有限元模型进行版本状态管理。
63.步骤一中，在进行机翼结构有限元模型文件管理质量检查时，应包括：
64.s101、对机翼结构有限元模型文件的命名进行质量检查，机翼结构有限元模型文件的命名包括轮次编号、版本编号、构件代号以及文件扩展名等信息；
65.s102、对机翼结构有限元模型文件的说明文件进行质量检查，机翼结构有限元模型文件的说明文件包括模型名称、描述、更新日期、载荷工况、载荷版本、更新描述以及历史版本描述等。
66.在本技术的优选实施方案中，步骤二中，进行机翼结构有限元模型的建模质量检查包括：
67.s201、获取有限元模板文件，检查机翼结构有限元模型是否满足有限元模板文件中的要求；
68.s202、检查机翼结构有限元模型与实际结构是否遵循力学等效原则，力学等效包括结构受力、传力路线以及支持条件；
69.s203、检查机翼结构有限元模型的网格和单元是否与实际结构中的受力构件一一对应。
70.本技术的机翼结构有限元模型的质量检查方法，机翼结构有限元模型应能合理模拟结构刚度，网格的划分应充分考虑应力梯度的变化及结构的承力特点。如由多位设计师合作建立，应发布统一的有限元模板文件，包括基础材料、单位制设置等，各部段在同一模板下进行有限元建模。从复杂的实际结构到有限元模型化应严格遵循力学等效(刚度等效)原则，同时要求正确模拟结构受力特点、传力路线和支持条件。机体上所有受力构件，包括重要接头、操纵机构等，原则上应一一对应地体现在模型的网格和单元上，尽可能避免人为等效粗化，扭曲的网格要原理高载区。
71.进一步，在本技术的优选实施例中，步骤三中，进行机翼结构有限元模型特征质量检查包括：
72.s301、对机翼结构有限元模型的坐标系系统进行检查；
73.s302、对机翼结构有限元模型的单位进行检查；
74.s303、对机翼结构有限元模型的材料进行检查；
75.s304、对机翼结构有限元模型的属性进行检查；
76.s305、对机翼结构有限元模型的载荷与约束进行检查；
77.s306、对机翼结构有限元模型的细节进行检查。
78.本实施例中，s301中，对机翼结构有限元模型的坐标系系统进行检查包括：
79.检查机翼结构有限元模型的坐标系系统是否满足：坐标原点在机头处，x轴沿机身
轴线逆航向为正，y轴垂直向上为正，z轴指向左翼为正。如有局部坐标系，应在建模数据中给出说明。
80.本实施例中，有限元模型采用自封闭单位体系，s302中，对机翼结构有限元模型的单位进行检查包括：
81.检查机翼结构有限元模型的单位是否为mm/g/ms/k基本单位制。
82.在本技术的一个优选实施例中，s303中，对机翼结构有限元模型的材料进行检查包括：
83.检查机翼结构有限元模型的材料是否满足：
84.金属材料采用各向同性本构模型；
85.复合材料单层采用2d正交各向异性本构模型；
86.复合材料层压板采用composite/laminate模型。
87.本技术的机翼结构有限元模型的质量检查方法，有限元模型中，应统一定义材料名称与性能。本实施例中，其模型材料应符合如下原则，普通金属材料(如铝、钢、钛等)，使用各向同性(isotropic)本构模型，填写弹性模量、泊松比、密度、热线胀系数，剪切模量选填，其余参数不填。复合材料单层(ccf300/qy9511、等效蜂窝等)使用2d正交各向异性(2d orthotropic)本构模型，理论上只有四个独立力学参数，需要填写纵向(0度)弹性模量e11、横向(90度)弹性模量e22、主泊松比和面内剪切模量g12，模量数据使用室温干态材料许用值的拉压平均值，密度按实际填写，热膨胀系数填写热线胀系数，其它参数不填(除密度外，等效蜂窝的模量及主泊松比等力学参数均填0.1)。复合材料层压板使用composite/laminate模型，按结构类型(如蒙皮、腹板、缘条、筋条、长桁)分别构建，构建全机可能使用到的全部层板。不同结构分别构建属性和命名。
88.在本技术的优选实施例中，s304中，对机翼结构有限元模型的属性进行检查包括：
89.检查机翼结构有限元模型的属性是否满足：
90.属性命名格式体现部件、构件、材料、单元类型以及属性值；
91.左右侧对称单元的属性单独构建，并指定材料方向；
92.所述机翼结构有限元模型与实际结构的材料、结构尺寸一致。
93.本技术的机翼结构有限元模型的质量检查方法，属性命名格式应体现部件、构件、材料、单元类型、属性值等信息，如机翼2肋厚1.5mm板单元属性命名jy_lei02_alshell_1500。属性的构建应当以便于识别和修改为原则，左右侧对称单元的属性应当单独构建，特别是复合材料的左右侧单元必须单独构建属性，如有必要材料也需分别构建和指定，即交换45度和-45度铺层，且必需指定材料方向，如果不指定，材料坐标系将参考于单元坐标系。必须严格遵循实际结构，保证材料、结构尺寸等参数一致，属性计算过程清晰、规范、完整，所有数据均要做到有据可查。
94.在本技术的优选实施例中，s305中，对机翼结构有限元模型的载荷与约束进行检查包括：
95.检查所述机翼结构有限元模型的载荷与约束是否满足：
96.以集中节点力形式提供的载荷，按部段分区进行，保证载荷不跨越以集中接头形式连接的独立部件，如舵面与主翼盒等；
97.加载前后各独立部件及全机的总载荷满足力学等效(局部载荷的分布一致性不作
要求)，力及力矩的加载误差不大于0.1％，压心位置的相对误差不大于1％；
98.以分布力形式提供的载荷，在限定的加载范围内，加载前后的载荷分布满足一致性要求(线型插值)，积分后力和力矩的加载误差不大于1％，压心位置的相对误差不大于3％。
99.在本技术的优选实施例中，最后，需要对机翼结构有限元模型细节进行检查。s306中，对机翼结构有限元模型的细节进行检查包括：
100.检查机翼结构有限元模型的细节是否满足：
101.机翼的承力构件体现在机翼结构有限元模型中，机翼的承力构件包括梁、墙、肋、壁板等；
102.机翼与机身连接接头的连接关系用mpc模拟，襟副翼与主翼盒的连接用mpc模拟；
103.机翼外表面节点取在理论外形上，内部节点按零件轴线确定；
104.单元类型应选取cquad4、ctria3、crod、chexa、cpenta、mpc，复合材料壁板采用pcomp按实际铺层设计，墙、肋缘条采用prod缘条面积进行等刚度折算，墙、肋加筋、壁板加筋采用prod，取加筋实际面积。
105.本技术的机翼结构有限元模型的质量检查方法，能够在飞机设计阶段对机翼结构有限元模型进行全面、系统的质量检查。解决了传统手段没有成熟的机翼结构有限元质量检查方法，无法全面、系统的对机翼有限元模型进行质量检查的问题。
106.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术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技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。