專利名稱：高準(zhǔn)確度獲取十字形結(jié)構(gòu)截面剛度數(shù)據(jù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)力學(xué)領(lǐng)域，涉及一種高準(zhǔn)確度獲取“十”字形結(jié)構(gòu)截面剛度數(shù)據(jù)的 方法。
背景技術(shù)：
一直以來，顫振模型的梁架設(shè)計均局限于矩形截面或者帶耳片的矩形截面，而且 即便是用帶耳片的梁，其截面扭轉(zhuǎn)剛度數(shù)據(jù)的獲取也只能考慮其主矩形的扭轉(zhuǎn)剛度數(shù)據(jù)， 難以獲取耳片部分提供的扭轉(zhuǎn)剛度，以致我們的顫振模型很難模擬飛機(jī)的真實(shí)剛度，從而 嚴(yán)重影響了顫振模型的可參照性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是給出一種能較為準(zhǔn)確地獲取“十”字形結(jié)構(gòu)的截面剛度數(shù)據(jù)的方 法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是(1)利用彈性力學(xué)中的“薄膜比擬”方法，將“十”字形結(jié)構(gòu)的截面剛度數(shù)據(jù)的獲取 過程轉(zhuǎn)化為“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積數(shù)據(jù)的求解過程，其中，主矩形橫向長度b對應(yīng)“十，， 字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積的橫向外邊界跨度，主矩形縱向高度H對應(yīng)于“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體 積的縱向外邊界長度，耳片長度tl對應(yīng)于“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積中的耳片部位的下邊 界長度，耳片縱向高度t2對應(yīng)于“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積中耳片部位的縱向邊界；(2)利用該結(jié)構(gòu)的邊值條件，運(yùn)用數(shù)學(xué)中的體積積分方法，求得“十”字形結(jié)構(gòu)的薄 膜體積；(3)引入彈性力學(xué)中基本假設(shè)，將該“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為“十”字 形結(jié)構(gòu)的截面剛度數(shù)據(jù)，獲取“十”字形結(jié)構(gòu)的橫向截面剛度數(shù)據(jù)II，“十”字形結(jié)構(gòu)的縱向 截面剛度數(shù)據(jù)12和“十”字形結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)截面剛度數(shù)據(jù)J， 本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，本發(fā)明利用“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積來比擬“十” 字形結(jié)構(gòu)的剛度數(shù)據(jù)，使得剛度數(shù)據(jù)的求解過程形象直觀，且較容易實(shí)現(xiàn)。通過該技術(shù)，我 們能以較高的準(zhǔn)確度獲取“十”字形結(jié)構(gòu)的截面剛度數(shù)據(jù)。該方法的出現(xiàn)，給“十”字形結(jié)構(gòu)的計算、分析和工程應(yīng)用提供了可靠的理論分析手段，而“十”字形結(jié)構(gòu)又較容易實(shí)現(xiàn)對 飛機(jī)三個主方向剛度的模擬，這為對飛機(jī)剛度的準(zhǔn)確仿真提供可靠的理論依據(jù)。


圖1是本發(fā)明“十”字形結(jié)構(gòu)的特征截面示意圖。
具體實(shí)施例方式(1)由于彈性扭轉(zhuǎn)問題用應(yīng)力函數(shù)寫出的微分方程，與受表面壓力作用的薄膜的 撓度方程在形式上完全一致，因此，求解扭轉(zhuǎn)問題時，可以用解張緊的薄膜的撓度問題來比 擬，這就是彈性力學(xué)中的“薄膜比擬”方法。利用該方法，可以將“十”字形結(jié)構(gòu)的截面剛度 數(shù)據(jù)的獲取過程轉(zhuǎn)化為“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積數(shù)據(jù)的求解過程，其中，主矩形的橫向長 度b對應(yīng)“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積的橫向外邊界跨度，主矩形的縱向高度H對應(yīng)于“十”字 形結(jié)構(gòu)的薄膜體積的縱向外邊界長度，耳片長度tl對應(yīng)于“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積中的 耳片部位的下邊界長度，耳片縱向高度t2對應(yīng)于“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積中耳片部位的 縱向邊界；(2)利用該結(jié)構(gòu)的邊值條件，運(yùn)用數(shù)學(xué)中的求解微分方程的方法，求得“十”字形結(jié) 構(gòu)的薄膜體積函數(shù)，再通過體積積分方法，求得“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積；(3)引入彈性力學(xué)中的基本假設(shè)，將該“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為“十” 字形結(jié)構(gòu)的截面剛度數(shù)據(jù)，獲取“十”字形結(jié)構(gòu)的橫向截面剛度數(shù)據(jù)II，“十”字形結(jié)構(gòu)的縱 向截面剛度數(shù)據(jù)12和“十”字形結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)截面剛度數(shù)據(jù)J。
實(shí)施例以某飛機(jī)顫振模型梁的“十”字結(jié)構(gòu)為例，(1)判斷該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍是否在彈性范圍內(nèi)；如果滿足彈性條件要求，即可進(jìn) 行下一步驟；(2)測量得到該結(jié)構(gòu)的特征截面數(shù)據(jù)；S卩主矩形橫向長度b，主矩形縱向高度H， 耳片長度tl，耳片縱向高度t2;(3)將這些特征截面數(shù)據(jù)，帶入由高準(zhǔn)確度獲取“十”字形結(jié)構(gòu)截面剛度數(shù)據(jù)的方 法推導(dǎo)得到的，計算公式1 3，求得“十”字形結(jié)構(gòu)的橫向截面剛度數(shù)據(jù)II，縱向截面剛度 數(shù)據(jù)12和扭轉(zhuǎn)截面剛度數(shù)據(jù)J。
4
測量得到該結(jié)構(gòu)的截面特征尺寸數(shù)據(jù)為b = 12. 0mm, H= 10. 0mm, tl = 3. 0mm, t2
=2. 0mm，將該數(shù)據(jù)帶入公式3，即可得到該結(jié)構(gòu)的截面扭轉(zhuǎn)剛度數(shù)據(jù)J = 2052. 316mm3。
試驗(yàn)驗(yàn)證試驗(yàn)件材料為7075T6，其E值為72 X 105N/mm2，G值為27 X 105N/mm2，軸 向長度為 200mm，截面尺寸b = 12. 0mm, H = 10. 0mm, tl = 3. 0mm, t2 = 2. 0mm，試驗(yàn)結(jié)果 彎矩11 = 9.67\10爾._，扭角0 = 0.01745弧度，由了 = 11/出.e)，得到該試驗(yàn)件得扭 轉(zhuǎn)剛度數(shù)據(jù)J = 2052. 42mm3。該值與理論計算結(jié)果非常接近，相對差僅為0. 01%，說明運(yùn) 用該方法獲取的截面剛度數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確性很高。
權(quán)利要求
一種高準(zhǔn)確度獲取“十”字形結(jié)構(gòu)截面剛度數(shù)據(jù)的方法，其特征是(1)利用彈性力學(xué)中的“薄膜比擬”方法，將“十”字形結(jié)構(gòu)的截面剛度數(shù)據(jù)的獲取過程轉(zhuǎn)化為“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積數(shù)據(jù)的求解過程，其中，主矩形橫向長度b對應(yīng)“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積的橫向外邊界跨度，主矩形縱向高度H對應(yīng)于“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積的縱向外邊界長度，耳片長度t1對應(yīng)于“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積中的耳片部位的下邊界長度，耳片縱向高度t2對應(yīng)于“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積中耳片部位的縱向邊界；(2)利用該結(jié)構(gòu)的邊值條件，運(yùn)用數(shù)學(xué)中的體積積分方法，求得“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積；(3)引入彈性力學(xué)中基本假設(shè)，將該“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為“十”字形結(jié)構(gòu)的截面剛度數(shù)據(jù)，獲取“十”字形結(jié)構(gòu)的橫向截面剛度數(shù)據(jù)I1，“十”字形結(jié)構(gòu)的縱向截面剛度數(shù)據(jù)I2和“十”字形結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)截面剛度數(shù)據(jù)J， <mrow><msub> <mi>I</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <mi>b</mi> <mo>-</mo> <msub><mi>t</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><msup> <mi>H</mi> <mn>3</mn></msup><mo>+</mo><msub> <mi>t</mi> <mn>1</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>H</mi> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <msub><mi>t</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mn>12</mn></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msub> <mi>I</mi> <mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>b</mi><msup> <mi>H</mi> <mn>3</mn></msup><mo>+</mo><mn>2</mn><msub> <mi>t</mi> <mn>2</mn></msub><msup> <msub><mi>t</mi><mn>1</mn> </msub> <mn>3</mn></msup> </mrow> <mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mi>J</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <mi>b</mi> <mo>-</mo> <msub><mi>t</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><msup> <mi>H</mi> <mn>3</mn></msup> </mrow> <mn>3</mn></mfrac><mo>-</mo><mfrac> <msup><mi>H</mi><mn>4</mn> </msup> <msup><mi>&pi;</mi><mn>5</mn> </msup></mfrac><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>m</mi><mo>=</mo><mn>1,3,5</mn><mo>&CenterDot;</mo><mo>&CenterDot;</mo><mo>&CenterDot;</mo> </mrow> <mo>&infin;</mo></munderover><mfrac> <mrow><mi>th</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mi>m&pi;b</mi><mrow> <mn>2</mn> <mi>H</mi></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>th</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <mi>m&pi;</mi> <msub><mi>t</mi><mn>1</mn> </msub></mrow><mrow> <mn>2</mn> <mi>H</mi></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <msup><mi>m</mi><mn>5</mn> </msup></mfrac> </mrow> <mrow><mo>+</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>t</mi> <mn>1</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>H</mi> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <msub><mi>t</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mn>3</mn></mfrac><mo>-</mo><mfrac> <msup><mrow> <mo>(</mo> <mi>H</mi> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <msub><mi>t</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>4</mn> </msup> <msup><mi>&pi;</mi><mn>5</mn> </msup></mfrac><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>m</mi><mo>=</mo><mn>1,3,5</mn><mo>&CenterDot;</mo><mo>&CenterDot;</mo><mo>&CenterDot;</mo> </mrow> <mo>&infin;</mo></munderover><mfrac> <mrow><mi>th</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <mi>m&pi;</mi> <msub><mi>t</mi><mn>1</mn> </msub></mrow><mrow> <mn>2</mn> <mrow><mo>(</mo><mi>H</mi><mo>+</mo><mn>2</mn><msub> <mi>t</mi> <mn>2</mn></msub><mo>)</mo> </mrow></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <msup><mi>m</mi><mn>5</mn> </msup></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>
全文摘要
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)力學(xué)領(lǐng)域，涉及一種高準(zhǔn)確度獲取“十”字形結(jié)構(gòu)截面剛度數(shù)據(jù)的方法。本發(fā)明利用彈性力學(xué)中的“薄膜比擬”方法，將“十”字形結(jié)構(gòu)的截面剛度數(shù)據(jù)的獲取過程轉(zhuǎn)化為“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積數(shù)據(jù)的求解過程，再利用彈性力學(xué)基本假設(shè)及與結(jié)構(gòu)對應(yīng)的邊值條件，將這些薄膜體積數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成與所求結(jié)構(gòu)對應(yīng)的剛度數(shù)據(jù)。本發(fā)明利用對“十”字形結(jié)構(gòu)的薄膜體積的求解，可以以較高的準(zhǔn)確度獲取該結(jié)構(gòu)的截面剛度數(shù)據(jù)。這一方法的出現(xiàn)，給“十”字形結(jié)構(gòu)的分析、應(yīng)用提供了可靠的理論分析手段，為飛機(jī)剛度的準(zhǔn)確仿真提供了有效途徑。
文檔編號G06F19/00GK101877038SQ201010209939
公開日2010年11月3日 申請日期2010年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月28日
發(fā)明者程芳, 胡志勇, 趙董強(qiáng) 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安飛機(jī)設(shè)計研究所