不同介質(zhì)柔性充液結(jié)構(gòu)的有限元建模方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及飛機結(jié)構(gòu)力學分析領(lǐng)域，特別涉及一種不同介質(zhì)柔性充液結(jié)構(gòu)的有限元建模方法。所述方法包括：根據(jù)實際結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)建立有限元分析幾何模型；根據(jù)不同介質(zhì)的力學特點選取相應單元；采用可變模量單元來摸擬流體的本構(gòu)特征；流體單元與固體單元采用捆綁約束的方法，模擬流體和柔性蒙皮之間的傳遞。該發(fā)明過程簡單，操作方便，大量減少了不同介質(zhì)柔性充液結(jié)構(gòu)有限元分析的工作量。
【專利說明】不同介質(zhì)柔性充液結(jié)構(gòu)的有限元建模方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及飛機結(jié)構(gòu)力學分析領(lǐng)域，特別涉及一種不同介質(zhì)柔性充液結(jié)構(gòu)的有限元建模方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在工程應用中有這樣一種結(jié)構(gòu)，在彈性結(jié)構(gòu)上布置柔性蒙皮，柔性蒙皮內(nèi)部填充液體，柔性蒙皮外部承受分布壓力，通過調(diào)整液體的壓力和流量改變結(jié)構(gòu)的形狀，這種結(jié)構(gòu)屬于不同介質(zhì)柔性充液結(jié)構(gòu)，其中涉及流體、固體等多種介質(zhì)，由于各介質(zhì)的力學行為特征不同，各介質(zhì)之間相互作用復雜，且往往涉及到結(jié)構(gòu)大變形問題，給力學仿真分析帶來了很大的難度。目前對于這種多介質(zhì)柔性充液結(jié)構(gòu)的有限元仿真分析多采用流固耦合方法，但是流固耦合計算過程復雜、有限元分析工作量大，給實際應用帶來一定的難度。因此，需要找到一種既能夠準確模擬不同介質(zhì)柔性充液結(jié)構(gòu)力學性能且建模分析過程較為簡單的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種不同介質(zhì)柔性充液結(jié)構(gòu)的有限元建模方法，可以準確模擬不同介質(zhì)柔性充液結(jié)構(gòu)的力學性能，同時不需要進行復雜的流固耦合計算，建模分析過程較為簡單。
[0004]本發(fā)明主要包括以下步驟:不同介質(zhì)柔性充液結(jié)構(gòu)的有限元建模方法，其特征為所述方法包括以下步驟:
[0005]根據(jù)實際結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)建立有限元分析幾何模型；所述的幾何參數(shù)是指不同介質(zhì)柔性充液結(jié)構(gòu)中各部件的形狀參數(shù)和特征尺寸；
[0006]4根據(jù)不同介質(zhì)的力學特點選取相應單元:柔性蒙皮可以產(chǎn)生較大變形，應選擇可進行幾何非線性計算的單元；固體結(jié)構(gòu)根據(jù)實際結(jié)構(gòu)尺寸選擇單元，當實際結(jié)構(gòu)為薄板時選用板元，當實際結(jié)構(gòu)為實體結(jié)構(gòu)時選擇實體單元；
[0007]0)采用可變模量單元來摸擬流體的本構(gòu)特征:在構(gòu)建實體單元的剛度矩陣時，將各剛度系數(shù)設為變量，根據(jù)結(jié)構(gòu)實際受載情況變化各剛度系數(shù)大小，使其滿足流體介質(zhì)的力學特征；
[0008](1)流體單元與固體單元采用捆綁約束的方法:流體單元與固體單元各方向的位移均相等。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:1)采用本發(fā)明能夠較為準確的模擬不同介質(zhì)柔性充液結(jié)構(gòu)的力學性能。通過可變模量單元可以準確模擬封閉空間內(nèi)的流體介質(zhì)在不同受力狀態(tài)下的力學性能特點，不同介質(zhì)單元之間采用捆綁約束，可以模擬不同介質(zhì)之間的傳遞關(guān)系。2)該發(fā)明過程簡單，操作方便，大量減少了不同介質(zhì)柔性充液結(jié)構(gòu)有限元分析的工作量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明實施例不同介質(zhì)柔性充液結(jié)構(gòu)示意圖:
[0011]其中，“ 1 ”是柔性蒙皮，“2”是氣體、液體等流體介質(zhì)，“3”是彈性結(jié)構(gòu)，圖中虛線和實線分別表示柔性充液結(jié)構(gòu)變形前和變形后的形狀。

【具體實施方式】
[0012]下面通過具體的實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步詳細的描述。本例是一個鼓包型面可變的柔性結(jié)構(gòu)，由彈性結(jié)構(gòu)、柔性蒙皮、內(nèi)部填充流體(氣體或液體)介質(zhì)組成，柔性蒙皮與內(nèi)部填充的流體介質(zhì)作為一個整體共同受力和變形，彈性結(jié)構(gòu)作為柔性蒙皮的支撐結(jié)構(gòu)與其連接，結(jié)構(gòu)示意圖見附圖1。根據(jù)實際結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)建立有限元分析模型，所述的幾何參數(shù)是指不同介質(zhì)柔性充液結(jié)構(gòu)中各部件的形狀參數(shù)和特征尺寸；
[0013]根據(jù)不同介質(zhì)的力學特點選取單元:其中2用實體單元模擬，1、3用板元模擬。
[0014]幻采用可變模量單元來摸擬流體的本構(gòu)特征:在構(gòu)建實體單元的剛度矩陣時，將各剛度系數(shù)設為變量；
[0015]流體能夠承受較大的壓力，而拉向和剪切承載能力非常小，基本可以忽略。根據(jù)這一特點，在構(gòu)建實體單元的剛度矩陣時，將各剛度系數(shù)設為變量，當結(jié)構(gòu)承受壓向載荷時，通過調(diào)整單元軸向和切向的剛度系數(shù)，使單元在壓向具有較大的剛度，而切向剛度很??；當結(jié)構(gòu)承受拉向載荷時，將單元各剛度系數(shù)參數(shù)均調(diào)整到小值，代表流體單元在受拉狀態(tài)下各方向剛度都很小。
[0016]0)模擬2的實體單元與模擬1的板元之間、模擬3的板元與模擬1板元均采用捆綁約束，使流體單元與固體單元各方向的位移均相等，模擬流體與柔性蒙皮之間的傳遞。
【權(quán)利要求】
1.不同介質(zhì)柔性充液結(jié)構(gòu)的有限元建模方法，其特征為所述方法包括以下步驟: a)根據(jù)實際結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)建立有限元分析幾何模型；所述的幾何參數(shù)是指不同介質(zhì)柔性充液結(jié)構(gòu)中各部件的形狀參數(shù)和特征尺寸； b)根據(jù)不同介質(zhì)的力學特點選取相應單元:柔性蒙皮可以產(chǎn)生較大變形，應選擇可進行幾何非線性計算的單元；固體結(jié)構(gòu)根據(jù)實際結(jié)構(gòu)尺寸選擇單元，當實際結(jié)構(gòu)為薄板時選用板元，當實際結(jié)構(gòu)為實體結(jié)構(gòu)時選擇實體單元； c)采用可變模量單元來摸擬流體的本構(gòu)特征:在構(gòu)建實體單元的剛度矩陣時，將各剛度系數(shù)設為變量，根據(jù)結(jié)構(gòu)實際受載情況變化各剛度系數(shù)大小，使其滿足流體介質(zhì)的力學特征； d)流體單元與固體單元采用捆綁約束的方法，流體單元與固體單元各方向的位移均相等，模擬流體與柔性蒙皮之間的傳遞。
【文檔編號】G06F17/50GK104392038SQ201410664415
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】邱濤, 張音旋, 周翌勛 申請人:中國航空工業(yè)集團公司沈陽飛機設計研究所