[发明专利]一种风洞试验支撑装置的空间柔度矩阵确定方法

说明书

本发明提供了一种风洞试验支撑装置的空间柔度矩阵确定方法，该方案针对风洞试验支撑装置的等效柔度矩阵建模和确定，能够利用有限元计算结果确定空间柔度矩阵的每个元素。风洞试验支撑装置的空间柔度矩阵确定方法中，首先是根据结构力学基本原理建立风洞试验支撑装置的空间柔度矩阵；然后是采用有限元计算方法计算三个方向单独加载时的风洞试验支撑装置位移响应；最后是根据位移响应结果计算风洞试验支撑装置的空间柔度矩阵中的每一个元素。在得到风洞试验支撑装置的空间柔度矩阵之后，采用复合加载工况对获得空间柔度矩阵进行检验。能在保证风洞试验支撑装置的空间柔度矩阵参数确定精度的同时，又能有效减小计算代价，具有较强的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及的是结构力学与风洞试验领域，尤其是一种风洞试验支撑装置的空间柔度矩阵确定方法。

背景技术

针对2.4米×2.4米跨超声速风洞的风洞试验支撑问题，提出了一种风洞试验支撑装置的空间柔度矩阵确定方法。目前，2.4米×2.4米跨超声速风洞试验中的支撑装置大多只进行强度校核，并未给出定量的柔度或刚度特性。该发明可提前计算好风洞试验支撑装置的空间柔度矩阵，进而可直接估算风洞试验支撑装置在载荷作用下的位移响应情况，与有限元结果的相对误差在5％以内，满足工程应用的需求。

发明内容

本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种风洞试验支撑装置的空间柔度矩阵确定方法的技术方案，该方案在保证模型精度的同时，可以有效减小计算代价，为风洞试验的顺利进行提供稳定的支撑平台，为工程估算支撑装置在气动载荷下的位移响应提供了可行的技术途径。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

一种风洞试验支撑装置的空间柔度矩阵确定方法，包括有以下步骤：

步骤一、根据结构力学知识，得到风洞试验支撑装置的空间柔度矩阵；风洞试验支撑装置的空间柔度矩阵如下式：

其中，J_eff为空间柔度矩阵，x、y、z为空间三个方向，J_xx、J_yx、J_zx、J_xy、J_yy和J_zz为空间柔度矩阵J_eff中的六个元素且均为力F的线性函数，即

J＝aF+b

其中，a和b为线性函数的系数；

步骤二、采用有限元方法计算三个方向单轴加载时的位移响应；

步骤三、根据三个方向单轴加载时的位移响应计算风洞试验支撑装置的柔度矩阵中的每个元素；

步骤四、利用复合加载工况对计算的风洞试验支撑装置的柔度矩阵进行检验。

作为本方案的优选：步骤二中的有限元方法为采用ABAQUS有限元软件进行计算三个方向单轴位移响应。

作为本方案的优选：步骤三中，采用如下步骤确定空间柔度矩阵的每个元素：

(a)当力为时F_x，尾支撑结构仅在XOY平面内发生变形，则u_z(F_x)＝0，即J_xz＝0；根据F_x与u_x(F_x),u_y(F_x)的关系即可得到柔度J_xx、J_xy如下所示：