本發(fā)明術(shù)語提取方法，具體涉及一種不改變界面連接剛度的內(nèi)力提取方法。
背景技術(shù)：
為提高上面級載荷設(shè)計(jì)精度，需在動(dòng)力學(xué)響應(yīng)計(jì)算中提取關(guān)心的上面級內(nèi)部截面載荷。對于剛度較大的部段連接面如上面級/基礎(chǔ)級界面，可采用MPC和剛性短梁方式，通過輸出梁單元力或MPC節(jié)點(diǎn)力獲取截面載荷。
然而對于局部剛度較弱的部段連接面如多支耳懸吊貯箱，若采用Nastran中的GPFORCE功能可直接提取界面力，但當(dāng)對接面節(jié)點(diǎn)較多、計(jì)算規(guī)模較大時(shí)往往無法得出計(jì)算結(jié)果；若采用MPC處理，方便截面載荷提取但會(huì)大大剛化局部連接剛度，導(dǎo)致有限元模型模擬的局部連接與真實(shí)產(chǎn)品差別較大，載荷計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤不可用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種不改變界面連接剛度的內(nèi)力提取方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種不改變界面連接剛度的內(nèi)力提取方法，包括下述步驟：
步驟一：判斷計(jì)算量
當(dāng)計(jì)算規(guī)模較小時(shí)執(zhí)行步驟二，否則執(zhí)行步驟三，
步驟二：GPFORCE等方法提取內(nèi)力
應(yīng)用MSC/NASTRAN直接輸出界面的單元力(ELMENT FORCE)、單節(jié)點(diǎn)力(MPC FORCE)、多節(jié)點(diǎn)力(GPFORCE)，獲取所需界面內(nèi)力，
計(jì)算出內(nèi)力后結(jié)束本方法，
步驟三：基于界面物理信息的內(nèi)力求解
S01：首先確定需提取內(nèi)力的界面，可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)，如有效載荷/火箭界面、衛(wèi)星支架/筒段界面、貯箱支架界面等，
S02：依次選擇關(guān)心界面上的所有節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)集1)、與界面節(jié)點(diǎn)直接相連且靠近分支一側(cè)的單元(單元集1)、與單元集1相關(guān)聯(lián)的全部節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)集2)，
所述的節(jié)點(diǎn)和單元是有限元領(lǐng)域的通用術(shù)語，節(jié)點(diǎn)和單元之間存在映射關(guān)系，節(jié)點(diǎn)和界面也存在映射關(guān)系，
S03：將步驟S02選出的全部節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)集2)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系下，并按由小到大的順序輸出節(jié)點(diǎn)集2的節(jié)點(diǎn)序號、節(jié)點(diǎn)編號及節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值，節(jié)點(diǎn)序號應(yīng)為從1開始的正整數(shù)，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)應(yīng)在全局坐標(biāo)系下；本步驟得到節(jié)點(diǎn)全局坐標(biāo)值，
S04：由節(jié)點(diǎn)和單元的映射關(guān)系，提取出節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的單元，在單元的基本信息中提取出單元的整體剛度信息，然后建立剛度信息與節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，將該對應(yīng)關(guān)系排列為矩陣形式，矩陣按照節(jié)點(diǎn)排序從小到大的順序排列，該矩陣為整體剛度陣，
S05：計(jì)算節(jié)點(diǎn)集2的物理位移值，上述兩種方法均是本領(lǐng)域技術(shù)人員通過現(xiàn)有技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的，
本步驟計(jì)算得到物理位移矩陣，
S06：將步驟S04中得到的整體剛度矩陣和步驟S05計(jì)算得到的物理位移矩陣叉乘，得到節(jié)點(diǎn)力矩陣，
S07：根據(jù)步驟S03得到的節(jié)點(diǎn)全局坐標(biāo)值，以及節(jié)點(diǎn)和界面的對應(yīng)關(guān)系，將S06步驟得到的節(jié)點(diǎn)力矩陣合并為界面的所有節(jié)點(diǎn)的合力，該所述的合力包括一個(gè)軸力、兩個(gè)剪力、一個(gè)扭矩、兩個(gè)彎矩，
上述六個(gè)力即為所求的內(nèi)力。
如上所述的一種不改變界面連接剛度的內(nèi)力提取方法，其中，所述的步驟一中，所述的計(jì)算規(guī)模較小是指輸出節(jié)點(diǎn)為20個(gè)以下，單個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)間點(diǎn)輸出少于3000個(gè)，自由度為20萬以下的情況。
如上所述的一種不改變界面連接剛度的內(nèi)力提取方法，其中，所述的步驟S05中，物理位移值該位移值通過物理方法求解，或者通過數(shù)學(xué)模型求解，所述的物理方法是通過MSC/Nastran瞬態(tài)響應(yīng)計(jì)算法直接獲取節(jié)點(diǎn)物理位移，所述的數(shù)學(xué)方法是由廣義數(shù)學(xué)模型和廣義位移轉(zhuǎn)換矩陣反推出節(jié)點(diǎn)物理位移。
本發(fā)明的顯著效果是：①通用性—不需要對局部對接面進(jìn)行特殊處理，載荷提取界面的單元可為殼、體、梁、MPC等，模型簡化更接近真實(shí)結(jié)構(gòu)，也不需要更改節(jié)點(diǎn)編號；②高效性—由于內(nèi)力計(jì)算時(shí)僅需提取與對接面節(jié)點(diǎn)直接連接的單元物理信息，計(jì)算規(guī)模??；同時(shí)界面點(diǎn)響應(yīng)可通過廣義數(shù)學(xué)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)化，在保證精度的前提下進(jìn)一步減小了求解時(shí)間，總計(jì)算時(shí)間減小至少70％，計(jì)算工況越多效果越明顯。
具體實(shí)施方式
一種不改變界面連接剛度的內(nèi)力提取方法，包括下述步驟：
步驟一：判斷計(jì)算量
當(dāng)計(jì)算規(guī)模較小時(shí)執(zhí)行步驟二，否則執(zhí)行步驟三。
所述的計(jì)算規(guī)模較小是指輸出點(diǎn)為20個(gè)以下，單個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)間點(diǎn)輸出少于3000個(gè)，自由度為20萬以下的情況。
步驟二：GPFORCE法提取內(nèi)力
應(yīng)用MSC/NASTRAN直接輸出界面的單元力(ELMENT FORCE)、單節(jié)點(diǎn)力(MPC FORCE)、多節(jié)點(diǎn)力(GPFORCE)，獲取所需界面內(nèi)力。
計(jì)算出內(nèi)力后結(jié)束本方法。
步驟三：基于界面物理信息的內(nèi)力求解
S01：首先確定需提取內(nèi)力的界面(也稱關(guān)心界面)，可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)。如有效載荷/火箭界面、衛(wèi)星支架/筒段界面、貯箱支架界面等。
S02：依次選擇關(guān)心界面上的所有節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)集1)、與界面節(jié)點(diǎn)直接相連且靠近分支一側(cè)的單元(單元集1)、與單元集1相關(guān)聯(lián)的全部節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)集2)。
所述的節(jié)點(diǎn)和單元是有限元領(lǐng)域的通用術(shù)語，節(jié)點(diǎn)和單元之間存在映射關(guān)系，節(jié)點(diǎn)和界面也存在映射關(guān)系。
S03：將步驟S02選出的全部節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)集2)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系下，并按由小到大的順序輸出節(jié)點(diǎn)集2的節(jié)點(diǎn)序號、節(jié)點(diǎn)編號及節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值，節(jié)點(diǎn)序號應(yīng)為從1開始的正整數(shù)，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)應(yīng)在全局坐標(biāo)系下；本步驟得到節(jié)點(diǎn)全局坐標(biāo)值。
S04：由節(jié)點(diǎn)和單元的映射關(guān)系，提取出節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的單元，在單元的基本信息中提取出單元的整體剛度信息，然后建立剛度信息與節(jié) 點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，將該對應(yīng)關(guān)系排列為矩陣形式，矩陣按照節(jié)點(diǎn)排序從小到大的順序排列，該矩陣為整體剛度陣。
S05：計(jì)算節(jié)點(diǎn)集2的物理位移值。該位移值可以通過物理方法求解，也可以通過數(shù)學(xué)模型求解。所述的物理方法是通過MSC/Nastran瞬態(tài)響應(yīng)計(jì)算法直接獲取節(jié)點(diǎn)物理位移，所述的數(shù)學(xué)方法是由廣義數(shù)學(xué)模型和廣義位移轉(zhuǎn)換矩陣反推出節(jié)點(diǎn)物理位移。
上述兩種方法均是本領(lǐng)域技術(shù)人員通過現(xiàn)有技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的。
本步驟計(jì)算得到物理位移矩陣。
S06：將步驟S04中得到的整體剛度矩陣和步驟S05計(jì)算得到的物理位移矩陣叉乘，得到節(jié)點(diǎn)力矩陣。
S07：根據(jù)步驟S03得到的節(jié)點(diǎn)全局坐標(biāo)值，以及節(jié)點(diǎn)和界面的對應(yīng)關(guān)系，將S06步驟得到的節(jié)點(diǎn)力矩陣合并為界面的所有節(jié)點(diǎn)的合力，該所述的合力包括一個(gè)軸力、兩個(gè)剪力、一個(gè)扭矩、兩個(gè)彎矩。
上述六個(gè)力即為所求的內(nèi)力。