[发明专利]机翼结构力学高保真降阶仿真方法、电子设备、存储介质

权利要求书

1.机翼结构力学高保真降阶仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

有限元网格节点配对与刚体约束施加，对输入的机翼结构单胞有限元模型的相对端面进行节点配对，得到配对节点组，创建用于定义边界条件的参考节点自由度，对所述机翼结构单胞有限元模型的一个端面施加刚体约束；

非剪切载荷加载分析，采用周期性边界条件，对机翼结构单胞分别施加拉、弯、扭三类载荷，进行有限元分析；

剪切载荷加载分析，采用物理一致边界条件，对机翼结构单胞施加剪切载荷，进行有限元分析；

计算等效截面属性，利用所述非剪切载荷加载分析步骤、所述剪切载荷加载分析步骤的分析结果，计算机翼的等效截面属性；

所述非剪切载荷加载分析步骤包括：

施加周期性边界条件：将周期性边界条件施加在所述配对节点组和所述参考节点自由度上；

非剪切载荷加载步骤：在拉、弯、扭三类载荷对应的参考节点自由度上分别施加单位载荷，进行有限元分析，储存分析结果；

所述施加周期性边界条件步骤包括对各所述配对节点组和所述参考节点自由度施加周期性边界条件约束，对于主从面上的每一组节点，利用有限元约束施加方法添加方程约束，所述周期性边界条件的方程形式如下：

其中，表示主、从面节点位移，x_i表示节点相对坐标，i＝1,2,3；Δu_i、Δθ_i代表主从面的平均相对位移、相对转角；

所述非剪切载荷加载步骤中，在所述的拉、弯、扭对应的四个参考节点自由度上施加单位载荷；

所述剪切载荷加载分析步骤包括：

施加物理一致边界条件，读取所述非剪切载荷加载步骤中弯曲载荷的分析结果，得到物理一致边界条件的约束方程，施加在所述配对节点组和所述参考节点自由度上；

剪切载荷加载，在剪切载荷对应的参考节点自由度上分别施加单位载荷，进行有限元分析，储存分析结果；

所述施加物理一致边界条件步骤包括读取所述非剪切载荷加载步骤中弯曲载荷的分析结果，计算物理一致边界条件方程的具体形式，施加在所述配对节点组和参考节点自由度上，替换掉所述施加周期性边界条件步骤中所施加的周期性边界条件；同时在配对的边界结点上施加物理一致边界条件的面力部分，适用于机翼结构的物理一致边界条件位移部分约束方程的形式如下：

其中，Q_k表示即将施加在结构单胞上的剪力大小，k＝2,3，表示在j方向作用单位弯矩时单胞正边界上扰动场的i方向分量，i＝1,2,3，j＝2,3；

物理一致边界条件的面力部分形式如下：

其中表示需施加的修正面力，表示单位弯曲载荷作用时端面面力分布；

所述剪切载荷加载步骤包括在剪切载荷对应的参考节点自由度上，按单一方向剪力作用、两方向剪力同时作用的工况施加单位载荷；

所述计算等效截面属性步骤包括利用参考节点自由度的位移值求得单胞变形广义应变，同时利用单胞变形应变能，求解结构单胞的等效截面属性刚度矩阵。

2.如权利要求1所述的机翼结构力学高保真降阶仿真方法，其特征在于，所述有限元网格节点配对与刚体约束施加步骤包括：

读取网格模型，确定主从面，设定参考轴位置，对端面的节点进行配对，创建参考点自由度，用于施加外载荷；选取所述机翼结构单胞有限元模型的从面施加刚体约束，限制其平均意义上的位移、转动为零。

3.如权利要求1所述的机翼结构力学高保真降阶仿真方法，其特征在于，所述计算等效截面属性步骤包括：对于所述非剪切载荷加载分析步骤中得到的单位非剪切载荷作用时的情况，从参考节点自由度的位移值求得广义应变；对于所述剪切载荷加载分析步骤中得到的单位剪切载荷作用时的情况，利用单胞整体的应变能结果，求解与剪切相关的柔度系数，构成等效柔度矩阵；

柔度系数计算公式如下：

其中，S_ij表示柔度矩阵中的元素，U_i表示第i次加载时单胞的应变能，i＝5,6分别对应了Q₂、Q₃两次单独加载，i＝7代表了Q₂、Q₃同时加载单位载荷；

得到等效柔度矩阵后，通过矩阵求逆，求得机翼单胞的等效刚度矩阵。