不同介質柔性充液結構的有限元建模方法

2024-02-11 02:53:15

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

【技術領域】
[0001]本發明涉及飛機結構力學分析領域，特別涉及一種不同介質柔性充液結構的有限元建模方法。

【背景技術】
[0002]在工程應用中有這樣一種結構，在彈性結構上布置柔性蒙皮，柔性蒙皮內部填充液體，柔性蒙皮外部承受分布壓力，通過調整液體的壓力和流量改變結構的形狀，這種結構屬於不同介質柔性充液結構，其中涉及流體、固體等多種介質，由於各介質的力學行為特徵不同，各介質之間相互作用複雜，且往往涉及到結構大變形問題，給力學仿真分析帶來了很大的難度。目前對於這種多介質柔性充液結構的有限元仿真分析多採用流固耦合方法，但是流固耦合計算過程複雜、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柔性充液結構力學性能且建模分析過程較為簡單的方法。


【發明內容】

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

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發明實施例不同介質柔性充液結構示意圖:
[0011]其中，「 1 」是柔性蒙皮，「2」是氣體、液體等流體介質，「3」是彈性結構，圖中虛線和實線分別表示柔性充液結構變形前和變形後的形狀。

【具體實施方式】
[0012]下面通過具體的實施例並結合附圖對本發明進一步詳細的描述。本例是一個鼓包型面可變的柔性結構，由彈性結構、柔性蒙皮、內部填充流體(氣體或液體)介質組成，柔性蒙皮與內部填充的流體介質作為一個整體共同受力和變形，彈性結構作為柔性蒙皮的支撐結構與其連接，結構示意圖見附圖1。根據實際結構的幾何參數建立有限元分析模型，所述的幾何參數是指不同介質柔性充液結構中各部件的形狀參數和特徵尺寸；
[0013]根據不同介質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]幻採用可變模量單元來摸擬流體的本構特徵:在構建實體單元的剛度矩陣時，將各剛度係數設為變量；
[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。根據這一特點，在構建實體單元的剛度矩陣時，將各剛度係數設為變量，當結構承受壓向載荷時，通過調整單元軸向和切向的剛度係數，使單元在壓向具有較大的剛度，而切向剛度很小；當結構承受拉向載荷時，將單元各剛度係數參數均調整到小值，代表流體單元在受拉狀態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板元均採用捆綁約束，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。
【權利要求】
1.不同介質柔性充液結構的有限元建模方法，其特徵為所述方法包括以下步驟: a)根據實際結構的幾何參數建立有限元分析幾何模型；所述的幾何參數是指不同介質柔性充液結構中各部件的形狀參數和特徵尺寸； b)根據不同介質的力學特點選取相應單元:柔性蒙皮可以產生較大變形，應選擇可進行幾何非線性計算的單元；固體結構根據實際結構尺寸選擇單元，當實際結構為薄板時選用板元，當實際結構為實體結構時選擇實體單元； c)採用可變模量單元來摸擬流體的本構特徵:在構建實體單元的剛度矩陣時，將各剛度係數設為變量，根據結構實際受載情況變化各剛度係數大小，使其滿足流體介質的力學特徵； d)流體單元與固體單元採用捆綁約束的方法，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 優先權日:2014年11月19日
【發明者】邱濤, 張音旋, 周翌勳 申請人:中國航空工業集團公司瀋陽飛機設計研究所