[发明专利]一种机身壁板开孔位置应力的确定方法

说明书

一种机身壁板开孔位置应力的确定方法，机身壁板含有蒙皮、长桁和框，在机身壁板上开设有通孔，已知飞机的设计数模和设计载荷，在飞机的总体有限元模型上施加飞机的设计载荷，获取机身壁板开孔所在区域壳单元的最大主应力，并将最大主应力分解为航向应力和环向应力；在飞机的设计数模上定义机身壁板的分析区域，该分析区域包含机身壁板开孔所在区域的壳单元；建立机身壁板分析区域的细节有限元模型，分别将航向应力和环向应力施加到分析区域的细节有限元模型上，获得机身壁板开孔位置的应力云图，确定机身壁板开孔位置的单元应力最大值所在部位及其应力值。

技术领域

本发明属于飞机强度分析相关技术，具体涉及一种机身壁板开孔位置应力的确定方法。

背景技术

在飞机设计过程中，为满足各类系统功能要求，需要在机身壁板上设计许多系统开孔，例如：气源管路通过孔、电缆通过孔、液压管路通过孔等。

由于系统开孔引起机身壁板结构局部不连续(几何突变)，导致孔边应力集中现象；飞机设计中为减低系统开孔局部应力水平，通常采用加强板对系统开孔部位进行加强，通过紧固件将其与机身壁板结构进行连接。

为确保飞机使用安全，需要对机身壁板系统开孔区的强度进行评估。为此，需要获取机身壁板开孔位置的应力分布。

现有技术中，对机身壁板开孔位置的应力分析方法为：建立开孔区细节有限元模型，将其嵌入总体有限元模型进行分析，获取飞机开口边缘细节应力。

现有技术中机身壁板开孔位置的应力分析方法存在如下问题：在将细节有限元模型嵌入总体有限元模型时，需要协调细节有限元模型与总体有限元模型的过渡连接(即：需要采用过渡单元，将总体有限元模型与细节有限元模型进行连接，以模拟真实传载)，该工作需要耗费大量时间精力，且对设计人员个人经验要求较高，不便于规范分析流程，不能较好满足飞机型号研制中多轮次结构优化设计的周期要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速确定机身壁板系统开孔位置应力分布的方法，以满足飞机研制时该类结构多轮次优化设计需求。

本发明的技术方案如下：

一种机身壁板开孔位置应力的确定方法，机身壁板含有蒙皮、长桁和框，在机身壁板上开设有通孔，已知飞机的设计数模和设计载荷，其特征在于包含以下内容：1)根据飞机的设计数模建立飞机的总体有限元模型，在有限元模型上定义机身壁板的长桁和框包围区域为一个壳单元；2)在飞机的总体有限元模型上施加飞机的设计载荷，获取机身壁板开孔所在区域壳单元的最大主应力，并将最大主应力分解为航向应力和环向应力；3)在飞机的设计数模上定义机身壁板的分析区域，该分析区域包含机身壁板开孔所在区域的壳单元；4)建立机身壁板分析区域的细节有限元模型，该细节有限元模型体现壁板开孔所在区域全部紧固件连接特征；5)分别将航向应力和环向应力施加到分析区域的细节有限元模型上，获得机身壁板开孔位置的应力云图；6)根据机身壁板开孔位置的应力云图，确定机身壁板开孔位置的单元应力最大值所在部位及其应力值。

本申请的有益效果在于：提出快速确定机身壁板系统开孔位置应力的方法，该方法无须将总体有限元模型与开孔区域细节有限元模型进行物理连接，即不需考虑两者网格之间的过渡衔接，在保证分析精度的同时，提高了分析效率，能较好满足飞机研制时该类结构多轮次结构优化设计需求。

以下结合实施例附图对本申请做进一步详细描述。

附图说明

图1为机身壁板开孔位置设计数模示意图。

图2为机身壁板开孔位置总体有限元模型示意图。

图3为机身壁板开孔位置分析区域壳单元应力示意图。

图4为机身壁板开孔位置细节有限元模型应力云图示意图。

图5为机身壁板开孔位置细节应力示意图。