一種桁式半硬殼結構軸壓穩定性的數值分析方法
2023-07-22 16:26:36 3
一種桁式半硬殼結構軸壓穩定性的數值分析方法
【專利摘要】本發明公開了一種桁式半硬殼結構軸壓穩定性的數值分析方法：S1：建立桁式半硬殼結構的有限元模型，蒙皮簡化為板單元，蒙皮環向的網格剖分滿足相鄰桁條間的蒙皮只簡化為1個單元；S2：確定桁條的典型位置；S3：根據當量軸壓，計算各典型位置桁條分配的軸力；S4：計算各典型位置的蒙皮有限寬度；S5：根據蒙皮有限寬度得到各位置的蒙皮折減因子；S6：按照蒙皮折減因子對各典型位置間的蒙皮彈性模量進行折減，並按照穩定性計算方法得到初始的失穩特徵值；S7：根據計算得到的失穩特徵值修正當量軸壓載荷，重複步驟S2~S6，直至失穩特徵值收斂至1，此時施加的載荷即為桁式半硬殼結構的軸壓極限載荷。
【專利說明】一種桁式半硬殼結構軸壓穩定性的數值分析方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及航天設備強度分析【技術領域】，特別涉及一種桁式半硬殼結構軸壓穩定 性的數值分析方法。
【背景技術】
[0002] 桁式半硬殼結構是航天航空領域一種常見的結構形式，這種結構主要由縱向加強 的桁條、環向加強的框，以及蒙皮組成。其中桁條是傳遞和承受軸向載荷的主要部件；環向 加強的框主要起支撐的作用；蒙皮主要提供桁條的環向和徑向支撐，也提供承受部分軸向 載荷的能力，但往往在較低的載荷下就會出現局部失穩，失去了軸向承載能力。但是，蒙皮 局部失穩的載荷並非結構的承載能力，只有桁條和框的失穩才會導致結構的最終破壞。
[0003] 有限元分析依舊是工程上分析複雜結構軸壓穩定性最常見的分析手段。但是，桁 式半硬殼結構特殊的結構形式給有限元分析帶來了一定的困難。當框桁將蒙皮分成較多屏 格時，最簡易的特徵值算法（General eigenvalue buckling)往往在數十階乃至數百階或 更高階的特徵值也無法找出桁條或框的失穩點；常用的弧長法（Riks)同樣存在問題，蒙皮 局部失穩後，常導致載荷很難回復，計算過程中止，後屈曲計算也難以獲得桁條失穩載荷。 因此，顯式動力學算法便成為計算這類結構失穩常用的有限元分析方法。但是，這種計算方 法有一定的限制，計算時間必須足夠長，以保證載荷變化是一種準靜態過程，這導致了計算 量的驟增。相同的有限元模型，顯式動力學算法的分析時間是特徵值法或弧長法的十倍甚 至數十倍。
【發明內容】
[0004] 本發明針對現有技術存在的上述不足，提供了一種桁式半硬殼結構軸壓穩定性的 數值分析方法。本發明通過以下技術方案實現：
[0005] -種桁式半硬殼結構軸壓穩定性的數值分析方法，包括步驟：
[0006] Sl :建立桁式半硬殼結構的有限元模型，蒙皮簡化為板單元，桁條簡化為梁單元或 板單兀，祐1條與蒙皮之間米用共節點連接，蒙皮環向的網格剖分滿足相鄰祐1條間的蒙皮只 簡化為1個單元，蒙皮軸向的網格剖分滿足相鄰框間的蒙皮簡化大於3個單元；
[0007] S2 :根據桁條尺寸、牌號和環向形式，確定桁條的典型位置；
[0008] S3 :根據當量軸壓，計算各典型位置桁條分配的軸力；
[0009] S4 :根據有限寬度法計算各典型位置的蒙皮有限寬度；
[0010] S5 :根據蒙皮有限寬度和原連接點環向間距，得到各位置的蒙皮折減因子；
[0011] S6 :按照蒙皮折減因子對各典型位置間的蒙皮彈性模量進行折減，並按照穩定性 計算方法得到初始的失穩特徵值；
[0012] S7 :根據計算得到的失穩特徵值修正當量軸壓載荷，重複步驟S2?S6,直至失穩 特徵值收斂至1，此時施加的載荷即為桁式半硬殼結構的軸壓極限載荷。
[0013] 較佳的，步驟S6中的穩定性計算方法包括特徵值算法和弧長法算法。
[0014] 本發明的桁式半硬殼結構軸壓穩定性的數值分析方法能夠準確、快速地計算桁式 半硬殼結構的軸壓承載能力，可以廣泛應用於航天運載器、飛行器的艙體結構設計
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1所示的是一桁式半硬殼結構的示意圖；
[0016] 圖2所示的是一桁式半硬殼結構的有限元模型示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 以下將結合本發明的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述 和討論，顯然，這裡所描述的僅僅是本發明的一部分實例，並不是全部的實例，基於本發明 中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬於本發明的保護範圍。
[0018] 為了便於對本發明實施例的理解，下面將結合附圖以具體實施例為例作進一步的 解釋說明，且各個實施例不構成對本發明實施例的限定。
[0019] 一種桁式半硬殼結構的軸壓穩定性數值分析方法，包括以下步驟：
[0020] Sl :建立桁式半硬殼結構的有限元模型，蒙皮簡化為板單元，桁條簡化為梁單元或 板單元，桁條與蒙皮之間採用共節點連接。此外，蒙皮環向的網格剖分滿足相鄰桁條間的蒙 皮只簡化為1個單元，蒙皮軸向的網格剖分滿足相鄰框間的蒙皮簡化大於3個單元；
[0021] S2 :根據桁條材料、牌號和環向分布形式，確定桁條的典型位置。每環向相鄰的兩 根桁條定義為一個位置。若各位置之間對應的桁條材料、牌號及環向夾角相同，這些位置視 為一個典型位置；
[0022] S3 :典型位置桁條的軸力通過下式計算：
【權利要求】
1. 一種桁式半硬殼結構軸壓穩定性的數值分析方法，其特徵在於，包括步驟： 51 :建立桁式半硬殼結構的有限元模型，蒙皮簡化為板單元，桁條簡化為梁單元或板單 元，桁條與蒙皮之間採用共節點連接，蒙皮環向的網格剖分滿足相鄰桁條間的蒙皮只簡化 為1個單元，蒙皮軸向的網格剖分滿足相鄰框間的蒙皮簡化大於3個單元； 52 :根據桁條尺寸、牌號和環向形式，確定桁條的典型位置； 53 :根據當量軸壓，計算各典型位置桁條分配的軸力； 54 :根據有限寬度法計算各典型位置的蒙皮有限寬度； 55 :根據蒙皮有限寬度和原連接點環向間距，得到各位置的蒙皮折減因子； 56 :按照蒙皮折減因子對各典型位置間的蒙皮彈性模量進行折減，並按照穩定性計算 方法得到初始的失穩特徵值； 57 :根據計算得到的失穩特徵值修正當量軸壓載荷，重複步驟S2~S6,直至失穩特徵值 收斂至1，此時施加的載荷即為桁式半硬殼結構的軸壓極限載荷。
2. 根據權利要求1所述的桁式半硬殼結構軸壓穩定性的數值分析方法，其特徵在於， 步驟S6中所述的穩定性計算方法包括特徵值算法和弧長法算法。
【文檔編號】G06F17/50GK104408238SQ201410632619
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月11日 優先權日:2014年11月11日
【發明者】翼賓, 呂榕新, 王瑞鳳, 史立濤, 楊顏志 申請人:上海宇航系統工程研究所