[发明专利]一种复合材料结构强度分析方法

说明书

技术领域

本发明属于材料分析技术，涉及一种提供复合材料结构强度分析精度的方法。

背景技术

飞机复合材料结构静强度分析主要采用两种方式进行：一种是粗网格有限元模型分析与局部强度校核相结合方法，这种分析模式会造成细节强度分析不准确，依靠大量试验验证，有时也进行局部结构细网格有限元分析，但局部模型的边界基本采用固支或简支，不能反映真实结构的弹性支持状态。第二种是全部采用细网格进行总体应力有限元分析，这种方法对于不复杂的小型结构还可以，但对于大型复杂的飞机结构，有限元模型单元、节点数量庞大，计算机运行困难，非线性分析、优化分析根本无法运行，很难得到重点关注部位应力分布。

发明内容

本发明的目的是：提供一种分析精度高、成本低的复合材料结构强度分析方法。

本发明的技术方案是：一种复合材料结构强度分析方法，其包括如下步骤：

步骤1.总体有限元强度分析，

对作为分析对象的复合材料结构进行几何描述，建立总体有限元模型，进行总体有限元强度分析；

步骤2.总体有限元强度分析结构以矢量形式保存，

将总体应力分析得到的各个节点的位移及受力结果以矢量形式的位移场和力场的形式保存显示出来；

步骤3.建立局部有限元模型，

对重点部位进行网格细化，取出重点关注的复合材料结构细节部位，细化网格，建立局部有限元模型；

步骤4.局部有限元强度分析，

将步骤2获得的边界条件以位移场和力场的形式施加到局部有限元模型边界节点上，再进行进一步局部有限元强度分析。

局部模型中边界节点坐标若和总体模型中的节点一致，则其位移约束就等于对应节点的位移值。

当由于细分而产生的边界节点在总体模型中没有对应节点，其位移约束按照线性插值给出。

本发明的优点是：本发明复杂复合材料结构强度高精度分析方法对重点部位进行网格细化，取出重点关注的复合材料结构细节部位，细化网格，使得局部网格数成倍增加，并将获得的边界条件以位移场和力场的形式施加到局部有限元模型边界节点上，再进行进一步局部有限元强度分析，经与试验结果对比，表明分析结果与试验结果具有良好的一致性，保证了分析精度。而且分析精度的提高，可以有效减少复合材料构件试验件数量，缩短研制时间，降低成本，能产生较大的经济效益。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明复合材料结构强度分析方法在总体有限元模型分析的基础上，以总体有限元模型节点位移和力结果产生局部细节有限元模型的边界约束条件，保证局部细节有限元的边界条件与总体有限元模型分析结果相符。在此基础上，针对细节部位，建立精细的局部有限元模型，模拟结构细节特征，施加上由总体分析上获得的局部边界条件，进行更为精确的细节分析，确定结构的局部强度，为结构细节设计提供依据，从而有效提高了结构分析精度。

本发明复合材料结构强度分析方法的步骤可以如下表示：

步骤1.总体有限元强度分析，

对作为分析对象的复合材料结构进行几何描述，根据变分原理和分割近似原理，建立总体有限元模型，进行总体有限元强度分析；

步骤2.总体有限元强度分析结构以矢量形式保存，

将总体应力分析得到的各个节点的位移及受力结果以矢量形式的位移场和力场的形式保存显示出来，数据采用线性插值形式，便于局部强度分析时应用；

步骤3.建立局部有限元模型，

对重点部位进行网格细化，取出重点关注的复合材料结构细节部位，细化网格，使得局部网格数成倍增加，并在局部模型中考虑胶接、厚度变化、分层缺陷等细节，建立局部有限元模型；

步骤4.局部有限元强度分析，

将步骤2获得的边界条件以位移场和力场的形式施加到局部有限元模型边界节点上，再根据变分原理和分割近似原理进行进一步局部有限元强度分析。

因此可以精确地模拟局部模型边界的弹性支持，而不是简单地对局部模型边界施加简支或固支条件，使得局部分析结果更加精确可靠。

本发明复合材料结构强度分析方法由于模拟了复合材料结构件细节的边界条件，在局部有限元模型中考虑了连接、分层等因素，提高了复合材料结构分析精度，分析结果与试验结果相符。通过高精度分析，指导了复合材料构件的设计，减少了试验件数量，缩短了研制周期，降低了成本。

实施例1：直升机复合材料机身框腹板屈曲分析