杜娟

摘 要：有限元變截面梁單元屬性的快速輸入是飛機(jī)機(jī)翼壁板結(jié)構(gòu)設(shè)計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、減少人為錯誤、提高屬性輸入的準(zhǔn)確性，有效避免重復(fù)勞動。

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)梁單元庫外，還特別提供了任意截面屬性輸入，使得設(shè)計工程師能夠隨心所欲地選擇各種形狀的變截面梁元，設(shè)計出合理，高效的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。

對于大型客機(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)計多根長桁承受蒙皮的氣動力傳給翼肋，并對蒙皮提供支持，提高蒙皮的失穩(wěn)臨界應(yīng)力。長桁是承受機(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，使機(jī)翼長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候就要對長桁進(jìn)行簡化，一般長桁的簡化原則為兩種：桿元和梁元。第一種長桁簡化為桿元時要考慮機(jī)翼的剖面剛度盡量接近，長桁面積采用兩端肋的平均截面尺寸經(jīng)剛度換算得到，此種簡化方法較常用，在此不作贅述。本文主要論述第二種長桁簡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化過程中不改變長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)確的長桁節(jié)點(diǎn)載荷。

2 方法介紹

2.1 方法選用

長桁簡化為變截面偏置梁元的過程中要分別對每根長桁輸入材料名稱、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），如果手工輸入勢必會造成工作量很大，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文件中新建一個變截面偏置梁元的屬性properties→create→1D→beam→cbeam創(chuàng)建一個變截面偏置梁元，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創(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)用簡單，對此類工程問題有較高的實(shí)用價值。