機械變形測量儀的模擬的製作方法

2023-11-10 18:49:02 2

機械變形測量儀的模擬的製作方法
【專利摘要】提供一種通過計算機模擬機械變形的方法，一種用於測試機械結構的方法和一種用於通過計算機模擬機械變形和/或測試機械結構的裝置。所述通過計算機模擬機械變形的方法能夠在機械結構模型中限定變形測量儀以計算該變形測量儀中的變形。該方法能夠根據需要模擬機械結構模型中變形測量儀的測量結果。
【專利說明】機械變形測量儀的模擬

【技術領域】
[0001] 本發明涉及機械結構開發的領域。

【背景技術】
[0002] 在這樣的開發期間，實現機械阻力的測量。特別地，在機械結構的認證階段實現該 類型的測量，以確保機械結構符合由標準或招標細則設定的阻力要求。
[0003] 在航空領域中，機械阻力的測量是常見的。在飛行器的飛行試驗之前，要檢驗飛行 器的機械結構能夠承受飛行中受到的應力。
[0004] 在機械結構（例如飛行器的機械結構）的開發中，需要儘早檢測不期望的機械特 性以不延遲開發程序及其成本。
[0005] 阻力測量活動發生在兩個時間。
[0006] 在第一階段，研究的機械結構被建模，並且通過計算機實現結構的機械變形的模 擬。該模擬可以考慮機械結構上存在通常是"變形測量儀"的機械變形的物理測量元件。
[0007] 在第二階段，通過列印模擬的機械應力，在機械結構上進行實際測試。變形測量儀 使得能夠收集實際測量結果。
[0008] -般而言，變形測量儀被放置在被選擇用於研究和分析機械結構的關鍵區域的位 置，在該關鍵區域中強加的機械變形會減弱該機械結構。
[0009] 因此，一旦進行模擬和實際測試，分別比較來自這些階段的結果，以檢驗實際測試 進行或不符合模擬的預測。更確切地說，在模型中的同一位置，在實際測試期間由變形測量 儀提供的結果與模擬的結果進行比較。
[0010] 對於完整和精確的阻力的測量，適於在機械結構中的許多位置進行機械變形的測 量。因此還必須在機械結構的建模中啟動精確的模擬，以與實際測試具有同樣多的比較點。
[0011] 因此，實施模擬可能帶來一些實現問題。
[0012] 實際上，機械結構的模型越精確，模擬的計算就越複雜。因此，必須大量的計算和 大量的存儲（以存儲模型、計算的數據和計算的結果）。因此，在較長時間段上進行計算。
[0013] 例如，為了模擬飛行器的機械結構，模擬的時間是幾天的量級。
[0014] 因此，當啟動模擬時，必須確信用於對機械結構建模的模型。還必須確信為變形測 量儀所選擇的位置。
[0015] 然而，有時在過程中延遲限定變形測量儀的位置。為了保持精度的目的，必須重新 限定模擬的模型以包括一個或更多個延遲的位置。然而，這延遲了阻力的測量和開發程序。 在某些情況下，例如已經啟動模擬，可以放棄增加或修改變形測量儀的位置。
[0016] 在機械結構的模型內，變形測量儀的完整建模提供精度良好的模擬結果。
[0017] 然而，當變形測量儀的特性改變時，或者當機械結構中變形測量儀的位置改變時， 可能在修改後的新模型上必須重新啟動整個模擬。
[0018] 一種可選方案可以在於在模擬的模型內進行機械變形的計算。
[0019] 該可選方案使得能夠一旦獲得模擬結果就擁有關於整個結構的機械變形的知識。
[0020] 然而，為使得該知識是完整的，並且其不需要啟動新的模擬，必須在許多點進行機 械變形的計算。對於大的機械結構，必要的計算能力變得非常重要。此外，計算和模擬的結 果的存儲變得成問題，因為數據量變得太大。
[0021] 根據其他可選方案，基於模擬的機械結構的模型中的點的移動，可以進行機械變 形。
[0022] 當限定新的變形測量儀（或它們的修改的位置）用於實際測試時，該可選方案允 許不重新啟動模擬。
[0023] 然而，為了能夠進行這些計算，有必要在機械模型中實現非常精細的網格，以使得 計算是大量的。事實上，變形測量儀的尺寸可以是3至6 _量級，而模擬的模型的元素的 尺寸是幾釐米量級。因此增加了計算的複雜性。
[0024] 此外，可以不考慮彎曲的計算。
[0025] 因此，特別在大尺寸的機械結構如飛行器的情況下，發明人發現需要用於改進通 過計算機模擬機械變形的技術。


【發明內容】

[0026] 本發明處於這樣的框架內。
[0027] 第一方面，本發明涉及一種通過計算機模擬機械結構上的機械變形的方法，其 中：
[0028] -根據模型限定所述機械結構，該模型包括所述結構的網格，該網格的節點限定了 網格元素，
[0029] -獲得所述結構的機械變形的模擬結果，所述結果包括通過所述機械變形模擬而 變形的所述結構的所述模型，
[0030] 該方法包括以下步驟：
[0031] -在相對於所述模型的第一起始位置和第二起始位置之間限定至少一個模擬的變 形測量儀，以及
[0032] 對於每個起始位置：
[0033] -選擇所述模型的網格元素，
[0034]-將所述每個起始位置投影到所選擇的網格元素上，
[0035] -基於所述機械變形的模擬結果，確定所述每個起始位置在所述變形網格元素上 的投影的位置，
[0036] -在所述投影的所述位置處，對所述投影應用逆變換以獲得到達位置，並且該方法 還包括以下步驟：
[0037] -計算所述第一起始位置和第二起始位置之間的第一距離，
[0038] -計算針對第一起始位置獲得的第一到達位置和針對第二起始位置獲得的第二到 達位置之間的第二距離，
[0039] -基於所述第一和第二距離，計算與所述模擬的變形測量儀相關聯的變形。
[0040] 根據第一方面的方法允許機械結構中的變形測量儀的最佳模擬。這些模擬的變形 測量儀在下文中稱為變形測量儀。
[0041] 這樣的模擬所必需的計算減少了。此外，這樣的模擬所必需的存儲量也減小。
[0042] 根據第一方面的方法允許在實際變形測量儀的延遲限定的情況下實施模擬，而不 延遲開發程序。當限定新的實際變形測量儀時，不必進行模型的修改和再次重新啟動完整 模擬。
[0043] 根據第一方面的方法允許複雜機械結構的模擬和在這樣結構中的變形測量儀的 模擬。根據第一方面的方法例如允許模擬飛行器的完整結構以及提取和探測機械變形的信 肩、。
[0044] 根據第一方面的方法用於機械結構特別是大尺寸機械結構（例如飛行器）的開發 工業過程中。這樣的機械結構可以需要實施大量的有時高達數萬的實際變形測量儀。因此 需要模擬同樣多的模擬變形測量儀。
[0045] 根據第一方面的方法的使用允許通過減少模擬所需的時間來節省開發時間。其特 別提供較大的靈活性，因為變形測量儀可以根據需要被限定和重新限定，而無需重新啟動 複雜的模擬。
[0046] 根據第一方面的方法通過計算機裝置來實施。
[0047] 其適用於變形測量儀模擬的特定技術應用。
[0048] 其可以用於與在建模的機械結構的實際測試中實施的實際變形測量儀的測量結 果進行比較。
[0049] 根據第一方面的方法可以包括機械結構模型的限定。
[0050] 其還可以包括模型的機械變形的模擬。
[0051] 根據實現示例，所選擇的網格元素是所述模型中最接近所述每個起始位置的那個 網格元素。
[0052] 例如，所述網格元素的所述選擇包括以下步驟：
[0053] -確定最接近所述每個起始位置的模型的節點；
[0054] -確定連接到所述最近節點的一組網格元素；
[0055] -在該組網格元素中選擇最接近所述每個起始位置的網格元素。
[0056] 例如，在該組網格元素中的所述選擇包括以下步驟：
[0057] -針對該組網格元素中的每個網格元素而計算限定所述每個網格元素的模型的節 點與所述每個起始位置之間的平均距離；以及
[0058] -比較針對該組網格元素中的每個網格元素而計算的所述平均距離。
[0059] 該方法還可以包括以下步驟：
[0060] -限定與所選擇的網格元素相關聯的第一坐標系統；以及
[0061] -限定所述投影在所述坐標系統中的所述位置，
[0062] 其中，所述第一坐標系統是由取為所選擇網格元素的特徵點的原點和從所述原點 分別延伸向限定所選網格元素中的兩個節點的兩個基向量來限定的。
[0063] 該方法還可以包括以下步驟：
[0064]-限定與所選擇的變形網格元素相關聯的第二坐標系統，所述第二坐標系統是由 與第一坐標系統的原點和基向量相對應的原點和兩個基向量來限定的；以及 [0065]-確定所述投影在所述第二坐標系統中的所述位置。
[0066] 例如，所述投影在第二坐標系統中的所述位置的坐標與所述投影在第一坐標系統 中的所述位置的坐標成比例。
[0067] 所述原點例如取為限定所選網格元素的節點或所選網格元素的中心。
[0068] 例如，基於在所選網格元素處經受的旋轉來確定所述逆變換。
[0069] 所述逆變換的確定可以包括以下步驟：
[0070] -選擇限定所選網格元素的多個節點；
[0071] -確定機械變形期間由所述多個節點分別經受的旋轉；
[0072] -計算所述每個位置的所述投影處的旋轉；以及
[0073] -基於所計算的旋轉來確定所述逆變換。
[0074] 例如，該方法還包括以下步驟：
[0075] -在所述每個位置的所述投影處確定所選變形網格元素的法向軸線；
[0076] -將所計算的旋轉施加於所確定的法向軸線；以及
[0077] -在如此獲得的軸線上計算所述到達位置。
[0078] 例如在離所述每個位置的所述投影的如下距離處計算所述到達位置：離所述每個 位置的所述投影的距離等於將變形前模型中的所述投影的所述每個位置分隔開的距離。 [0079] 根據實現：
[0080]-針對所述多個節點中的兩個相對節點隊、％，以以下方式計算各自確定的旋轉角 a i、a J，各白的相對旋轉角a Ri、a RJ :

【權利要求】
1. 一種通過計算機模擬機械結構上的機械變形的方法，其中： -根據模型限定所述機械結構，所述模型包括所述結構的網格，網格節點限定網格元 素， -獲得所述結構的機械變形的模擬的結果，所述結果包括通過所述機械變形的模擬而 被變形的所述結構的所述模型， 所述方法包括W下步驟： -在相對於所述模型的第一起始位置和第二起始位置之間限定至少一個模擬變形測量 儀，W及 對於每個起始位置： -選擇所述模型的網格元素， -將所述每個起始位置投影到所選擇的網格元素上， -基於所述機械變形的模擬的結果，確定所述每個起始位置在變形的所述網格元素上 的投影的位置， -在所述投影的所述位置處，對所述投影應用逆變換W獲得到達位置，W及 所述方法還包括W下步驟： -計算所述第一起始位置和第二起始位置之間的第一距離， -計算針對所述第一起始位置獲得的第一到達位置和針對所述第二起始位置獲得的第 二到達位置之間的第二距離，和 -基於所述第一距離和所述第二距離，計算與所述模擬變形測量儀相關聯的變形。
2. 如權利要求1所述的方法，其中，所選擇的網格元素是所述模型的、最接近所述每個 起始位置的網格元素。
3. 如前述權利要求之一所述的方法，其中，所述網格元素的所述選擇包括W下步驟： -確定最接近所述每個起始位置的模型的節點； -確定連接到所述最近節點的一組網格元素；和 -從該組網格元素中選擇最接近所述每個起始位置的網格元素。
4. 如前述權利要求之一所述的方法，還包括W下步驟： -限定與所選擇的網格元素相關聯的第一坐標系統，W及 -限定所述投影在所述坐標系統中的所述位置， 其中，所述第一坐標系統是由被取為所選擇的網格元素的特徵點的原點和兩個基向量 來限定的，所述兩個基向量從所述原點延伸到限定所選擇的網格元素的相應的兩個節點。
5. 如權利要求4所述的方法，還包括W下步驟： -限定與所選擇的變形的網格元素相關聯的第二坐標系統，所述第二坐標系統是由與 所述第一坐標系統的原點和基向量相對應的原點和兩個基向量來限定的；W及 -確定所述投影在所述第二坐標系統中的所述位置。
6. 如權利要求5所述的方法，其中，所述投影在所述第二坐標系統中的所述位置的坐 標與所述投影在所述第一坐標系統中的所述位置的坐標成比例。
7. 如權利要求4至6之一所述的方法，其中，所述原點被取為限定所選擇的網格元素的 節點或所選擇的網格元素的中也。
8. 如前述權利要求之一所述的方法，其中，基於在所選擇的網格元素處所經受的旋轉 來確定所述逆變換。
9. 如權利要求8所述的方法，其中，所述逆變換的確定包括W下步驟： -選擇限定所選擇的網格元素的多個節點； -確定機械變形期間由所述多個節點分別經受的旋轉； -計算所述每個位置的所述投影處的旋轉；W及 -基於所計算的旋轉來確定所述逆變換。
10. 如權利要求9所述的方法，還包括W下步驟： -在所述每個位置的所述投影處確定所選擇的變形的網格元素的法向軸線； -將所計算的旋轉施加於所確定的法向軸線；W及 -在如此獲得的軸線上計算所述到達位置。
11. 如權利要求10所述的方法，其中，在離所述每個位置的所述投影的如下距離處計 算所述到達位置：離所述每個位置的所述投影的距離等於將變形前所述模型中的所述投影 的所述每個位置分隔開的距離。
12. 如權利要求9至11之一結合權利要求5所述的方法，其中： -針對所述多個節點中的兩個相對節點Ni、Nj.，按W下方式計算各自的確定的旋轉角 a 1、a J'，各自的相對旋轉角a M、a W : - - a^j = i(j - -- -. w及 心 》 -為了計算所述每個位置的所述投影處的所述旋轉，WW下方式計算與所述投影相關 聯的相對旋轉角a W : a W = aX QRk+bX a 肚， a ck、a M是所述多個節點中的兩個節點Nk、Ni各自的相對旋轉角，所述第二坐標系統的 X軸和Y軸指向所述兩個節點，W及 (a, b)是所述第二坐標系統中的所述投影的坐標。
13. 如前述權利要求之一所述的方法，其中，所述機械結構是飛行器的機械結構。
14. 一種用於測試機械結構的方法，包括W下步驟： -根據權利要求1至14之一所述的機械變形模擬； -獲得實際變形測量儀的測量結果，所述實際變形測量儀是根據所述機械結構上的所 述模擬變形測量儀而被放置的，所述實際變形測量儀測量施加在所述機械結構上並且與所 述模擬變形相對應的機械變形；W及 -比較所述測量結果和所計算的變形。
15. -種用於通過計算機模擬機械變形和/或測試機械結構的裝置，包括被配置成實 現根據權利要求1至14之一所述方法的處理單元。
【文檔編號】G06F17/50GK104424380SQ201410452971
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2013年9月6日
【發明者】保羅·梅西納, 弗洛裡安·迪博勒佩爾, 斯特凡·萊德羅戈 申請人:空中巴士運營簡化股份公司