[发明专利]一种基于刚度分析的运载火箭有限元建模方法及装置

说明书

本发明提供了一种基于刚度分析的运载火箭有限元建模方法及装置，该方法包括：根据火箭各部段的结构传力特点，分别建立各部段的三维有限元模型，三维有限元模型的边界条件为下端固支边界条件；将预设载荷加载至三维有限元模型的上端，提取三维有限元模型的结构变形信息；根据预设载荷及结构变形信息计算结构等效厚度信息；根据结构等效厚度信息，计算部段对应梁单元的刚度属性参数信息；根据各部段对应梁单元的刚度属性参数信息建立火箭结构梁模型。通过实施本发明，通过分部段建立多个精细的三维有限元模型，可以直观的反映出各个部段复杂结构形式的影响，得到更为准确的梁单元的结构等效厚度，进而提高刚度计算及全箭动特性的计算精度。

技术领域

本发明涉及结构建模技术领域，具体涉及一种基于刚度分析的运载火箭有限元建模方法及装置。

背景技术

由于运载火箭是一个结构复杂的系统，在运载火箭结构设计过程中，对运载火箭各个组成部分进行建模是运载火箭动力学分析的重要基础。目前用于运载火箭动力学分析的有限元模型主要采用梁和集中质量模型。用集中质量单元来反应火箭的质量分布特性，用梁单元来反应火箭的刚度分布特性。在以往的建模过程中，梁单元的等效厚度主要通过面积等效、惯性矩等效等方式根据理论公式计算给出，难以反映结构开口、连接等复杂结构形式的影响。刚度计算结果存在一定的误差，全箭动特性计算精度也受到一定的制约。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于刚度分析的运载火箭有限元建模方法及装置以克服现有技术中的运载火箭梁模型的构建方法中的梁单元难以反应结构开口、连接等复杂结构形式的影响，影响刚度计算和全箭动特性计算精度的问题。

本发明实施例提供了一种基于刚度分析的运载火箭有限元建模方法，包括：根据火箭各部段的结构传力特点，分别建立各所述部段的三维有限元模型，所述三维有限元模型的边界条件为下端固支边界条件；将预设载荷加载至所述三维有限元模型的上端，提取所述三维有限元模型的结构变形信息；根据预设载荷及所述结构变形信息计算结构等效厚度信息；根据所述结构等效厚度信息，计算所述部段对应梁单元的刚度属性参数信息；根据各所述部段对应梁单元的所述刚度属性参数信息建立火箭结构梁模型。

可选地，所述预设载荷包括：飞行载荷量级对应的轴压、弯矩及扭矩。

可选地，所述结构变形信息包括：所述三维有限元模型的结构上端面中心点在所述轴压作用下的位移、在所述弯矩作用下的第一转角及在所述扭矩作用下的第二转角。

可选地，所述结构等效厚度信息包括：轴向等效厚度、弯曲等效厚度及扭转等效厚度。

可选地，所述根据所述结构变形信息计算结构等效厚度信息，包括：根据所述轴压及所述位移计算所述轴向等效厚度；根据所述弯矩及所述第一转角计算所述弯曲等效厚度；根据所述扭矩及所述第二转角计算所述扭转等效厚度。

可选地，所述刚度属性参数信息包括：等效截面积、截面惯性矩及截面极惯性矩。

可选地，所述根据所述结构等效厚度信息，计算所述部段对应梁单元的刚度属性参数信息，包括：根据所述轴向等效厚度计算所述等效截面积；根据所述弯曲等效厚度计算所述截面惯性矩；根据所述扭转等效厚度计算所述截面极惯性矩。

本发明实施例还提供了一种基于刚度分析的运载火箭有限元建模装置，包括：有限元模型构建模块，用于根据火箭各部段的结构传力特点，分别建立各所述部段的三维有限元模型，所述三维有限元模型的边界条件为下端固支边界条件；结构变形信息提取模块，用于将预设载荷加载至所述三维有限元模型的上端，提取所述三维有限元模型的结构变形信息；等效厚度信息计算模块，用于根据预设载荷及所述结构变形信息计算结构等效厚度信息；刚度属性参数信息计算模块，用于根据所述结构等效厚度信息，计算所述部段对应梁单元的刚度属性参数信息；梁模型构建模块，用于根据各所述部段对应梁单元的所述刚度属性参数信息建立火箭结构梁模型。