[发明专利]一种法兰结构的有限元模型简化方法

说明书

技术领域

本发明属于飞机辅助计算机设计领域，尤其涉及一种法兰结构的有限元模型简化方法。

背景技术

当前有限元分析技术已经广泛应用到飞机设计的整个流程中，静强度分析、疲劳寿命分析、损伤容限分析等都离不开有限元软件，它不仅降低了试验成本而且能够明显缩短设计周期。

目前有限元分析中法兰结构建模的大体步骤如下：首先建立有限元模型，包含上下法兰模型、螺栓、螺母模型，其次定义接触关系，选择有接触关系的两个区域所包含的单元，判断接触区域的接触法向；然后根据接触法向建立接触面；最后根据接触面，选择接触类型及设定一些必要的控制参数。由于法兰连接中螺栓较多，需要定义法兰之间的接触以及各个螺栓与法兰的接触，这样设定下来工作量很大也容易出错，且错误不易排查，因此，工程师希望找到一种新的简单且正确的模拟法兰结构的有限元模型简化方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种法兰结构的有限元模型简化方法，解决目前有限元分析中模拟法兰结构时工作量大、易出错等问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种法兰结构的有限元模型简化方法，包括

步骤一：建立法兰模型

根据需要模拟的法兰尺寸及厚度，建立法兰的有限元模型，其中模型中忽略法兰中的螺栓孔；

步骤二：建立BUSH单元

所述BUSH单元是一种连接单元，用于替代法兰结构中的螺栓单元，所述BUSH单元建立于法兰螺栓的轴线位置处；

步骤三：建立GAP单元

所述GAP单元又称间隙单元，GAP单元是一种接触单元，用于模拟法兰结构中法兰的接触；

步骤四：定义属性

所述属性包括材料属性和BUSH单元属性；

步骤五：定义GAP单元属性，即完成法兰结构的建模。

进一步地，GAP单元属性包括张开刚度、压缩刚度、横向刚度、初始间隙、预载荷和摩擦系数。

本发明的一种法兰结构的有限元模型简化方法其具有的优点为：

1)采用BUSH单元模拟螺栓，不需要建立实体螺栓模型以及法兰上的螺栓孔，不用定义螺栓与法兰之间接触关系，节省了建模时间且降低了出错的风险；

2)采用GAP单元模拟接触，无须定义上下法兰之间的接触关系，可以通过GAP单元载荷方便的求得接触载荷；

3)可以通过BUSH单元轴力与剪力快速完成螺栓强度校核、法兰螺栓孔挤压强度校核等。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明法兰结构的有限元模型简化方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例型的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造型劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示为本发明的法兰结构的有限元模型简化方法的流程图，完成法兰结构的有限元建模其步骤包括：

步骤一：忽略法兰中的螺栓孔，根据法兰尺寸及厚度，采用合适的单元建立法兰模型，上下法兰模型节点互相协调，壳单元网格需平移至中面；

步骤二：在法兰螺栓轴线位置建立BUSH单元模拟螺栓连接；

步骤三：在接触面之间对应节点上建立一维GAP单元用来模拟法兰接触；

步骤四：依次对法兰、螺栓等按照设计要求赋予相应的材料属性、单元属性；

步骤五：定义接触单元属性：定义GAP单元的张开刚度为零，根据实际结构定义压缩刚度、横向刚度、初始间隙、预载荷以及各个方向的摩擦系数等参数，最终完成法兰结构的有限元简化模型。