亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        航空薄壁結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析模型校核方法研究

        2022-02-05 02:32:26張國凡聶小華
        工程與試驗(yàn) 2022年4期
        關(guān)鍵詞:有限元結(jié)構(gòu)分析

        張國凡,艾 森,聶小華

        (中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所,陜西 西安 710065)

        1 引 言

        隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展,飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證階段對結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析模型的精度要求越來越高。薄壁結(jié)構(gòu)作為最典型的結(jié)構(gòu)形式和輕量化結(jié)構(gòu)形式,在現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中大量采用,準(zhǔn)確的內(nèi)力計(jì)算模型和精確的破壞預(yù)估模型仍是飛機(jī)設(shè)計(jì)人員關(guān)注的重點(diǎn)。為了評估分析模型的精度,模型的校核與驗(yàn)證(Verification and Validation,V&V)的思路與相關(guān)方成為研究的熱點(diǎn),國內(nèi)外學(xué)者對模型的校核與驗(yàn)證的策略與基本方法開展了大量的探索性研究。

        1967年,美國蘭德公司的Fishman和Kivtat將模型有效性分析劃分為模型校核與模型驗(yàn)證兩類問題,進(jìn)而闡述了相關(guān)的概念,拉開了校核與驗(yàn)證技術(shù)研究的序幕。2006年和2012年,美國機(jī)械工程師協(xié)會(ASME)先后發(fā)布了計(jì)算固體力學(xué)校核與驗(yàn)證指南和計(jì)算固體力學(xué)中校核與驗(yàn)證概念的說明,推動(dòng)了分析模型V&V的規(guī)范化[1,2]。Oberkampf等[3]針對數(shù)字仿真模型中的校核與驗(yàn)證問題,從不確定性劃分入手,總接了3類不確定性的分類及主要來源。Arthasartsri等[4]針對空中客車公司在A380飛機(jī)研制中的發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度分析模型所采用的校核與驗(yàn)證流程進(jìn)行了綜合,并對相關(guān)方法進(jìn)行了說明。Carl等[5]研究了鋪層方向的不確定性等制造分散性對復(fù)合材料平板機(jī)翼氣動(dòng)彈性設(shè)計(jì)的影響規(guī)律。

        陳學(xué)前等[6,7]針對組合梁和根部柔性梁等存在的裝配不確定性問題,對影響模型精度的不確定性參數(shù)進(jìn)行了識別、量化、驗(yàn)證等方面的研究。邱杰[8]對系統(tǒng)仿真模型的可信性問題、穩(wěn)定性和狀態(tài)不連貫進(jìn)行了研究,保證了二階連續(xù)系統(tǒng)的高精度離散。魏揚(yáng)等[9]提出了一種基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真模型相結(jié)合的飛行模擬器氣動(dòng)模型校核方法,形成了氣動(dòng)參數(shù)修正模型,提高了模擬的逼真度和置信度。

        從上述分析可以看出,這些研究主要集中在系統(tǒng)仿真模型的校核方法與要素確認(rèn)等方面,針對工程結(jié)構(gòu)特別是航空結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析模型校核方法的研究并不多見。本文針對航空薄壁結(jié)構(gòu)靜力與屈曲分析模型的精度問題,開展了靜強(qiáng)度分析模型的校核方法研究,建立了相關(guān)流程,確定了平板、加筋板條和加筋壁板結(jié)構(gòu)在不同分析任務(wù)條件下的模型考核指標(biāo),并利用工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行了方法的應(yīng)用與驗(yàn)證。

        2 靜強(qiáng)度分析模型的校核方法

        分析模型校核就是檢查校核計(jì)算模型能否準(zhǔn)確代表所要求解的數(shù)學(xué)問題(數(shù)學(xué)模型)的過程,一般分兩步。第一步是代碼校核,確保無程序錯(cuò)誤,離散的數(shù)值算法能得到相對于控制方程真解的精確解,包括軟件質(zhì)量工程檢查;第二步是計(jì)算校核,是確認(rèn)求解精度的過程,預(yù)估離散誤差。針對靜強(qiáng)度分析模型,由于現(xiàn)階段所采用的分析工具都是經(jīng)質(zhì)量體系認(rèn)證且嚴(yán)格考核過的商業(yè)軟件,因此,本文中的分析模型校核工作,歸納起來,在規(guī)避概念誤差的前提下,從元素選擇、連接模擬及邊界條件等方面進(jìn)行模型檢查及修正,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行考慮網(wǎng)格尺寸分析的后驗(yàn)誤差估計(jì)的分析,以獲得滿足分析任務(wù)精度目標(biāo)的模型。

        2.1 靜強(qiáng)度分析模型檢查

        2.1.1 元素選取

        在元素選取方面,傳統(tǒng)的板桿建模方法已不能滿足現(xiàn)代飛機(jī)精細(xì)化設(shè)計(jì)的需求,有限元模型離散向精細(xì)化方向發(fā)展。具體策略如下:機(jī)體蒙皮采用殼元模擬;隸屬于長桁的腹板與緣條結(jié)構(gòu)采用殼元模擬,凸緣類結(jié)構(gòu)一般采用帶剖面特性梁元模擬;隸屬于機(jī)翼和機(jī)身的梁、肋、框的腹板與緣條結(jié)構(gòu)采用殼元模擬,加筋一般采用殼元模擬,但對于剛度較弱的筋條,可采用梁元模擬。

        2.1.2 單元網(wǎng)格劃分

        薄壁結(jié)構(gòu)如機(jī)身、機(jī)翼、平尾和垂尾在有限元網(wǎng)格劃分時(shí),由于分析目的不同,單元網(wǎng)格的劃分方法也不同。對于總體應(yīng)力分析,一般以各部件的理論圖為基礎(chǔ)按自然網(wǎng)格進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分。對于細(xì)節(jié)應(yīng)力分析,要在總體應(yīng)力分析網(wǎng)格的基礎(chǔ)上加密,所以細(xì)節(jié)應(yīng)力分析的單元網(wǎng)格要細(xì)密得多。對于起落架結(jié)構(gòu)及幾何形狀復(fù)雜的整體結(jié)構(gòu)件的細(xì)節(jié)應(yīng)力分析,要根據(jù)其幾何外形和尺寸來進(jìn)行網(wǎng)格劃分。實(shí)體結(jié)構(gòu)的有限元網(wǎng)格要比薄壁結(jié)構(gòu)的有限元網(wǎng)格細(xì)密得多。

        網(wǎng)格劃分還應(yīng)力求規(guī)則化,單元形狀的畸變和網(wǎng)格大小過渡的不合理都會影響計(jì)算結(jié)果。模型簡化時(shí),將結(jié)構(gòu)的所有零件都考慮到(如密封角盒、連接角片、局部加強(qiáng)墊板等),看起來似乎尊重原結(jié)構(gòu),但這樣處理會使計(jì)算模型網(wǎng)格劃分很不規(guī)則,傳力路線變得復(fù)雜,計(jì)算結(jié)果的精度降低,所以,適當(dāng)合并結(jié)構(gòu)元件和舍去某些次要結(jié)構(gòu)元件是非常必要的。

        在網(wǎng)格密度方面,基于研究不同網(wǎng)格尺度對分析結(jié)果的精度和計(jì)算效率的影響,推薦給出滿足不同分析任務(wù)精度要求的最優(yōu)網(wǎng)格密度。

        2.1.3 連接件的建模

        在連接件的建模策略方面,分為接頭、鉚釘/螺栓連接和膠接3個(gè)方面。在全尺寸飛機(jī)結(jié)構(gòu)分析中,由于計(jì)算規(guī)模非常大,可以不考慮局部的連接方式;對于大部分整體結(jié)構(gòu)分析任務(wù)和部件結(jié)構(gòu)的漸進(jìn)破壞分析來說,不需要精確地確定鉚釘與孔之間的局部應(yīng)力,在進(jìn)行有限元建模時(shí),可以直接取兩被連接板中性面上對應(yīng)的孔心節(jié)點(diǎn),使用彈簧元、梁元以及FASTENER單元模擬;對于局部結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)破壞分析,要把鉚釘連接方式、接觸關(guān)系在模型中完整體現(xiàn)出來,需使用3D模型或2.5D模型等進(jìn)行非線性分析。

        2.1.4 邊界條件等效

        在邊界條件等效方面,基于整體-局部模型技術(shù),將關(guān)注部位在整體分析模型中計(jì)算得到的節(jié)點(diǎn)位移結(jié)果作為局部細(xì)節(jié)模型邊界節(jié)點(diǎn)的輸入條件,施加強(qiáng)制位移邊界條件及局部細(xì)節(jié)模型內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的集中力作為邊界及載荷進(jìn)行后續(xù)的局部細(xì)節(jié)模型求解。

        2.2 靜強(qiáng)度模型校核

        2.2.1 基于后驗(yàn)誤差估計(jì)的靜強(qiáng)度模型校核方法

        離散誤差包括幾何離散誤差和物理離散誤差兩類,可通過縮小單元尺寸或提高單元階次而減小。目前,在工程實(shí)際應(yīng)用過程中,真實(shí)結(jié)構(gòu)有限元模型離散誤差的評估主要依賴于網(wǎng)格收斂性分析,通過進(jìn)行收斂分析評估有限元網(wǎng)格的有效性,從而確保離散誤差滿足計(jì)算要求。在大多數(shù)情況下,需要使用具有多個(gè)網(wǎng)格的計(jì)算模型來估計(jì)該誤差。

        本文研究了基于Richardson外推法和多網(wǎng)格組合方案來進(jìn)行后驗(yàn)誤差估計(jì)的校核技術(shù)[2]?;赗ichardson理論,數(shù)值算法精度階在h型元素下,可定義為冪級數(shù)展開中的指數(shù)p:

        wexact=wh+Ahp+H.O.T.ash→0

        (1)

        式中,wexact為精確解;wh為網(wǎng)格尺寸h的數(shù)值解;A為常數(shù);h為網(wǎng)格大?。恢笖?shù)p為算法精度階數(shù);H.O.T.為高階項(xiàng),當(dāng)網(wǎng)格尺寸h趨于0時(shí),其趨向于0的速度快于最低階誤差項(xiàng),故網(wǎng)格較細(xì)時(shí)忽略高階項(xiàng)。

        在不知精確解的情況下,假設(shè)忽略高階項(xiàng),使用3對(wh,h)基于不同網(wǎng)格分辨率的3個(gè)數(shù)值解,可以求解3個(gè)未知量wexact、A和p。

        若網(wǎng)格細(xì)化比率恒定,即h2/h1=h3/h2=r:

        (2)

        (3)

        該wexact值是基于3個(gè)網(wǎng)格的Richardson外推。Roache[10]定義了一個(gè)網(wǎng)格收斂因子(GCI):

        (4)

        GCI是網(wǎng)格收斂誤差相對于最優(yōu)區(qū)域解的無量綱指標(biāo),其給出了以試算解w1為中心的誤差帶的寬度w1(1±GCI)。基于GCI的區(qū)間稱為帶而不是界,并乘以安全系數(shù)(一般取1.25),是因?yàn)楦唠A項(xiàng)忽略后,數(shù)值解必須處于漸近收斂狀態(tài),否則不能保證收斂的數(shù)值解會落在帶內(nèi)。

        2.2.2 不同分析任務(wù)的模型考核指標(biāo)

        對于復(fù)雜工程結(jié)構(gòu),分區(qū)分類給出GCI。按照精度控制要求,確定合適的網(wǎng)格劃分,形成建模規(guī)則。針對航空結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見的平板結(jié)構(gòu)和加筋壁板結(jié)構(gòu),研究確定了不同分析任務(wù)的考核指標(biāo),靜強(qiáng)度分析模型校核指標(biāo)如表1所示。

        表1 靜強(qiáng)度分析模型校核指標(biāo)

        3 模型校核方法的工程應(yīng)用

        3.1 金屬平板結(jié)構(gòu)

        用于校核的金屬平板結(jié)構(gòu)長為300mm、寬為300mm、厚1.5mm,材料為2024鋁合金。邊界條件為夾持邊固支,非加載邊簡支,在夾持邊的對邊施加面內(nèi)壓縮位移載荷10mm。取平板初始屈曲載荷作為考核變量,形成的分析模型和典型分析結(jié)果如圖1所示。

        圖1 金屬平板結(jié)構(gòu)分析模型與分析結(jié)果

        為了保證數(shù)字求解過程中r值不變,即網(wǎng)格細(xì)化比率恒定,結(jié)合工程建模需求,選取單元尺寸分別為15mm、30mm和60mm構(gòu)建1、2、3號模型。初始屈曲的數(shù)值求解結(jié)果如表2所示。

        表2 初始屈曲的數(shù)值求解結(jié)果

        依據(jù)前述p值表達(dá)式,計(jì)算得到p=2.200404,網(wǎng)格收斂因子GCI=0.01123485,由該GCI定義的關(guān)于精細(xì)分區(qū)解w的誤差帶為(0.05102,0.05218)mm。當(dāng)單元尺寸為30mm時(shí),誤差為4.2%,滿足工程精度要求,分析模型將用于驗(yàn)證預(yù)測;當(dāng)單元尺寸為60mm時(shí),誤差為19.2%,不滿足工程精度要求,分析模型應(yīng)調(diào)整網(wǎng)格,重新進(jìn)行校核。

        3.2 金屬單加筋板條結(jié)構(gòu)

        用于校核的金屬加筋板條結(jié)構(gòu),其蒙皮長為950mm、寬為150mm、厚1.5mm;筋條剖面為工形,其上緣條、腹板和下緣條寬度分別為20mm、38mm和55mm,材料均為2024鋁合金。邊界條件為加載邊固支,非加載邊自由,在離兩側(cè)端頭160mm處施加Y向約束以模擬試驗(yàn)中刀口對板條的支持。取結(jié)構(gòu)初始屈曲載荷作為考核變量,形成的分析模型和典型分析結(jié)果如圖2所示。

        圖2 加筋板條結(jié)構(gòu)分析模型與分析結(jié)果

        結(jié)合工程建模需求,選取單元尺寸分別為10mm、20mm、40mm構(gòu)建1、2、3號模型。初始屈曲的數(shù)值求解結(jié)果如表3所示。

        表3 初始屈曲的數(shù)值求解結(jié)果

        依據(jù)前述p值表達(dá)式,計(jì)算得到p=2.008882,網(wǎng)格收斂因子GCI=0.0096186,由該GCI定義的關(guān)于精細(xì)分區(qū)解w的誤差帶為(0.534023,0.544396)mm。當(dāng)單元尺寸為20mm時(shí),誤差為3.1%,滿足工程精度要求,分析模型將用于驗(yàn)證預(yù)測;當(dāng)單元尺寸為40mm時(shí),誤差為12.6%,不滿足工程精度要求,分析模型應(yīng)調(diào)整網(wǎng)格,重新進(jìn)行校核。

        3.3 復(fù)合材料加筋板結(jié)構(gòu)

        用于校核的四筋條復(fù)合材料加筋板結(jié)構(gòu),其蒙皮長為950mm、寬為534mm、厚4.8mm;筋條剖面為工形,其上緣條、腹板和下緣條的寬度分別為20mm、38mm和55mm,材料均為CCF300/BA9916。邊界條件為加載邊固支,非加載邊自由,在離兩側(cè)端頭160mm處施加Y向約束以模擬試驗(yàn)中刀口對板條的支持。取屈曲載荷作為考核變量,形成的分析模型和典型分析結(jié)果如圖3所示。

        圖3 復(fù)合材料加筋板結(jié)構(gòu)分析模型與分析結(jié)果

        選取單元尺寸分別為5mm、10mm、20mm構(gòu)建1、2、3號模型。初始屈曲的數(shù)值求解結(jié)果如表4所示。

        表4 初始屈曲的數(shù)值求解結(jié)果

        依據(jù)前述p值表達(dá)式,計(jì)算得到p=2.3088,進(jìn)而得到wexact=6.9767mm,網(wǎng)格收斂因子GCI=0.0063689093,由該GCI定義的關(guān)于精細(xì)分區(qū)解w的誤差帶為(6.9678,7.0571)mm。當(dāng)單元尺寸為10mm時(shí),誤差為2.5%,滿足工程精度要求,分析模型將用于驗(yàn)證預(yù)測;當(dāng)單元尺寸為20mm時(shí),誤差為12.6%,不滿足工程精度要求,分析模型應(yīng)調(diào)整網(wǎng)格,重新進(jìn)行校核。

        4 結(jié) 論

        本文針對航空薄壁結(jié)構(gòu)靜力與屈曲分析模型的精度問題,開展了靜強(qiáng)度分析模型的校核方法研究,形成結(jié)論如下:

        (1)針對航空薄壁結(jié)構(gòu),構(gòu)建了從元素選擇、連接模擬、邊界等效等方面進(jìn)行模型檢查及基于后驗(yàn)誤差估計(jì)的模型校核方法,以獲得滿足任務(wù)目標(biāo)的分析模型;

        (2)提出了一種基于有限元的Richardson外推法和多網(wǎng)格組合方案來進(jìn)行后驗(yàn)誤差估計(jì)的方法,并針對典型薄壁結(jié)構(gòu)形成了不同分析任務(wù)的考核指標(biāo);

        (3)針對形成的靜強(qiáng)度分析模型校核方法,利用平板、加筋板條和加筋板等工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行了方法的應(yīng)用與驗(yàn)證,證明了本方法的可行性。

        猜你喜歡
        有限元結(jié)構(gòu)分析
        《形而上學(xué)》△卷的結(jié)構(gòu)和位置
        隱蔽失效適航要求符合性驗(yàn)證分析
        論結(jié)構(gòu)
        中華詩詞(2019年7期)2019-11-25 01:43:04
        電力系統(tǒng)不平衡分析
        電子制作(2018年18期)2018-11-14 01:48:24
        電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化發(fā)展趨勢分析
        論《日出》的結(jié)構(gòu)
        創(chuàng)新治理結(jié)構(gòu)促進(jìn)中小企業(yè)持續(xù)成長
        磨削淬硬殘余應(yīng)力的有限元分析
        基于SolidWorks的吸嘴支撐臂有限元分析
        箱形孔軋制的有限元模擬
        上海金屬(2013年4期)2013-12-20 07:57:18
        成人日韩熟女高清视频一区| 久久av一区二区三区下| 日本在线综合一区二区| 极品人妻被黑人中出种子| 老熟女重囗味hdxx70星空| 国产AV无码一区精品天堂| 加勒比久草免费在线观看| 桃红色精品国产亚洲av| 国产午夜福利100集发布| 精品十八禁免费观看| 国产av一区二区三区香蕉| 一区二区三区视频在线观看免费| 手机看片久久国产免费| 国产高清视频91| 亚洲人妻有码中文字幕| 国产av精品一区二区三区久久| 97久久草草超级碰碰碰| 欧美黑人性色黄在线视频| 人妻少妇偷人精品久久人妻| 久久精品第九区免费观看| 无遮挡边摸边吃奶边做视频免费| 女同中的p是什么意思| 国产女主播福利在线观看| 日韩av无码中文无码电影| 欧美国产日产一区二区| 美腿丝袜美腿国产在线| 亚洲字幕中文综合久久| 午夜精品一区二区三区的区别| 亚洲av不卡电影在线网址最新| 国产亚洲av夜间福利在线观看| 粗大的内捧猛烈进出小视频| 国产喷水福利在线视频| 日韩人妻高清福利视频| 亚洲精品中文字幕免费专区| 久久久久女人精品毛片| 精品少妇一区一区三区| 亚洲国产一区二区中文字幕| 无码人妻人妻经典| 国产免费一级高清淫日本片| 免费av在线 国产精品| 蜜桃av区一区二区三|