[发明专利]一种适用于格栅构型舵面的结构有限元参数化建模方法

说明书

本发明提出了一种适用于格栅构型舵面的结构有限元参数化建模方法，其采用了“基于有限元模型的映射变换”方法以及“由二维网格参数化剖分向三维外形展开”的参数化途径。该方法包括：针对栅格构型舵面进行二维平面投影，提取特征参数，进行二维参数化剖分；建立二维与三维有限元网格的映射关系，设计了有限元网格点的编号规则，实现二维网格到三维外形展开；通过计算机高级语言程序，实现格栅构型舵面的结构有限元参数化建模流程。本发明在概念设计或初步设计阶段能极大提高结构建模效率，人力和时间成本较低，自编程序调参便捷，分析适用性强，得到的模型适用于结构振动，结构动力学等的分析计算，适用于格栅构型的舵面、机翼。

技术领域

本发明涉及一种舵面的结构有限元参数化建模方法，属于飞行器结构有限元建模领域，适用于格栅构型的舵面有限元参数化建模。

背景技术

飞行器设计是一项庞大复杂的工程，有着研制周期长、研制费用高、投入人力大等特点。新飞行器的研制通常经过论证阶段，方案阶段(概念设计和初步设计阶段)、工程研制阶段(详细设计阶段)，设计定型阶段以及生产定型阶段。其中论证阶段和方案阶段为主要的设计阶段，这两个设计阶段完成后，基本确定了飞行器的整个构型，即飞行器构型的确定程度达到70％-80％。但是在这两个阶段中，各种飞行器外形、结构等参数具有还未完全确定，根据不同的参数需要分别建立相应的模型，所需的人力和时间成本比较高。参数化的模型能够满足不同的设计参数，而且能大大提高这两个阶段中的设计效率。因此参数化的模型是设计过程中所需要考虑的。

舵面是飞行器实现操纵的典型部件。格栅构型舵面是飞行器中最为常用的舵面，也是影响飞行器动力学特性最为关键的部件。传统的舵面动力学分析工作往往处于飞行器研制的后期，需要依据设计完成的舵面结构建立准确的有限元分析模型，此时若动力学性能不满足使用要求，结构已难以更改或付出较高的重量代价。另一方面，在飞行器研制的早期往往结构参数尚不确定，若要进行动力学分析，每一轮舵面外形参数的调整都需要重新建立结构有限元模型，该过程随伴大量繁冗、重复的操作，严重影响飞行器研制的进度。上述设计中存在的问题与矛盾都迫切需要一种能够参数化描述的舵面快速有限元建模方法，以适应飞行器研制进度的需要。

从公开文献中的方法来看，参数化建模方法的主流是基于商业软件的二次开发，其次是通过计算机高级语言实现模型参数化描述。商业软件多具有几何造型和分析功能模块，对其进行二次开发可与软件的模块及功能相合，具有一定的优势。但是模型的参数化实现亦受到数据接口及模型描述方式的制约，对于复杂的真实模型参数化实现存在困难；计算机高级语言能从几何造型的底层出发，算法的设计具有灵活性，参数化描述不受软件模块功能和模型的复杂性限制，但是方法的通用性是其面临的主要挑战。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种适用于格栅构型舵面的参数化建模方法，其特征在于包括：

1)将舵面的模型投影到二维的投影平面上；

2)提取投影平面内的模型特征参数；

3)根据所述模型特征参数，对投影平面内的舵面结构进行参数化网格剖分，形成二维网格；

4)通过变换矩阵将二维网格映射到三维空间，得到模型的三维网格；

5)对所述三维网格的网格点进行编号；

6)对所述三维网格进行属性划分；

7)建立舵面模型的约束条件，选取将要被约束的网格点，设置约束自由度。

附图说明

图1是本发明的流程框图；

图2是模型投影过程示意图；

图3是平面内格栅构型舵面示意图；

图4是二维平面网格划分；

图5是二维网格向三维空间映射；