杜娟

摘 要：有限元變截面梁?jiǎn)卧獙傩缘目焖佥斎胧秋w機(jī)機(jī)翼壁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)迭代過程中的有效手段。通過程序的快速導(dǎo)入，能大大提高屬性輸入的速度，縮短研制周期、減少人為錯(cuò)誤、提高屬性輸入的準(zhǔn)確性，有效避免重復(fù)勞動(dòng)。

關(guān)鍵詞：變截面；梁元；屬性；準(zhǔn)確性

1引言

在飛機(jī)設(shè)計(jì)和工程領(lǐng)域中，梁作為最常用的結(jié)構(gòu)形式，在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化分析中占據(jù)十分重要的地位。如何快速地處理梁結(jié)構(gòu)的有限元模型是所有結(jié)構(gòu)分析中必須面臨的問題之一。在MSC.Patran中除了常規(guī)梁?jiǎn)卧獛焱?，還特別提供了任意截面屬性輸入，使得設(shè)計(jì)工程師能夠隨心所欲地選擇各種形狀的變截面梁元，設(shè)計(jì)出合理，高效的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。

對(duì)于大型客機(jī)結(jié)構(gòu)來說，由于其外形尺寸較大，機(jī)翼肋間距較遠(yuǎn)，機(jī)翼壁板上設(shè)計(jì)多根長(zhǎng)桁承受蒙皮的氣動(dòng)力傳給翼肋，并對(duì)蒙皮提供支持，提高蒙皮的失穩(wěn)臨界應(yīng)力。長(zhǎng)桁是承受機(jī)翼總體彎矩引起的軸力的主要部件，受總體軸力的長(zhǎng)桁沿軸向應(yīng)連續(xù)，盡量不間斷并保證其強(qiáng)度。為減輕結(jié)構(gòu)重量按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，使機(jī)翼長(zhǎng)桁剖面面積由翼根向翼尖逐漸減小。這樣在建立機(jī)翼壁板有限元模型的時(shí)候就要對(duì)長(zhǎng)桁進(jìn)行簡(jiǎn)化，一般長(zhǎng)桁的簡(jiǎn)化原則為兩種：桿元和梁元。第一種長(zhǎng)桁簡(jiǎn)化為桿元時(shí)要考慮機(jī)翼的剖面剛度盡量接近，長(zhǎng)桁面積采用兩端肋的平均截面尺寸經(jīng)剛度換算得到，此種簡(jiǎn)化方法較常用，在此不作贅述。本文主要論述第二種長(zhǎng)桁簡(jiǎn)化為變截面偏置梁元的屬性輸入法，變截面梁元可以在模型簡(jiǎn)化過程中不改變長(zhǎng)桁的型心位置和截面屬性，保證機(jī)翼剖面剛度不變的情況下，得到更為準(zhǔn)確的長(zhǎng)桁節(jié)點(diǎn)載荷。

2 方法介紹

2.1 方法選用

長(zhǎng)桁簡(jiǎn)化為變截面偏置梁元的過程中要分別對(duì)每根長(zhǎng)桁輸入材料名稱、單元方向、單元偏置、單元面積、單元彎曲和抗扭剛度等參數(shù)（見圖1），如果手工輸入勢(shì)必會(huì)造成工作量很大，進(jìn)度慢，檢查困難，難以保證準(zhǔn)確性。采用MSC軟件自帶的PCL語言，由于其語言的不通用性，導(dǎo)致此種方法的應(yīng)用較少。本文通過使用常用編程軟件Fortran編制MSC日志文件（例如：后綴為ses.01的文件）達(dá)到變截面偏置梁元的大量快速輸入的目的。

圖1 變截面梁元屬性輸入

2.2 patran日志文件格式

為得到patran建立變截面偏置梁元的輸入格式，可在新建的patran文件中新建一個(gè)變截面偏置梁元的屬性properties→create→1D→beam→cbeam創(chuàng)建一個(gè)變截面偏置梁元，打開patran.ses.XX（XX為數(shù)字）文件得到創(chuàng)建此單元的日志文件見圖2所示。

3 程序結(jié)構(gòu)圖

通過fortran程序編制此日志文件，程序結(jié)構(gòu)圖見圖3所示。

通過程序在patran.ses.XX日志文件中得到批量化的單元?jiǎng)?chuàng)建日志，通過Patran→File→Session→Play命令將此文件導(dǎo)入XXX.db文件中，能快速的為變截面偏置梁元賦屬性。

4 結(jié)束語

將fortran程序引入MSC.patran單元屬性的生成中，能快速準(zhǔn)確的解決變截面偏置梁元屬性賦值問題，參考這種方法還可以批量的導(dǎo)入各種單元的屬性。該方法的合理利用大大的節(jié)約了單元屬性賦值的工作量，提高了準(zhǔn)確性，通過前期的輸入準(zhǔn)備工作形成的文本文件也更利于復(fù)查工作的進(jìn)行。此方法應(yīng)用簡(jiǎn)單，對(duì)此類工程問題有較高的實(shí)用價(jià)值。