[发明专利]一种变形结构两点之间相对位移计算方法

说明书

一种变形结构两点之间相对位移计算方法，建立变形结构的有限元模型，并对有限元模型施加约束和边界载荷，在有限元模型上确定需要计算相对位移的第一节点和第二节点之间建立一个杆单元，在有限元模型中根据约束和边界载荷，计算上述杆单元的轴向力，该轴向力的数值与第一节点和第二节点之间的相对位移数值相等，从而达到了直接计算相对位移的目的，计算方法便捷，实用性强。

技术领域

本发明涉及一种相对位移计算方法。特别涉及一种基于有限元软件的相对位移计算方法。

背景技术

在航空领域，飞行器上经常安装一些天线或遥测设备，这些机载设备对其安装位置的有一定的刚度要求，其中一些特殊设备对机身安装位置的变形控制要求非常严苛，一旦这些特殊机载设备的安装位置不满足特定的变形范围要求，导致设备在使用中的变形位移超出设计要求无法正常使用。因此在这类特种飞行器研制过程中，需对天线安装位置的刚度变形进行精确计算。这类刚度变形计算的其中一类问题就是计算变形结构上两点之间的相对位移。如飞行器结构底座上有设备安装桁架，桁架的端头处分别连接一个设备，桁架受到外部载荷的作用产生位移变形，导致两个设备之间的距离变化，由于设备的特殊性，当两个设备之间的相对位移超出一定数值时设备无法正常使用。

现有技术在有限元软件中计算变形体两点之间相对位移的一般方法为：对结构有限元模型进行计算得到结构变形前、后的两点之间的距离在空间参考坐标系下的值差则这两点的相对位移。这种计算思路直接，但需要分别计算两点之间距离在结构变形前、后的位移数值，然后经相减计算才得到相对位移结果，计算过程相对繁琐。

发明内容

一种变形结构两点之间相对位移计算方法，已知该变形结构的理论模型，其特征在于包括以下步骤：

1)根据变形结构的理论模型，建立变形结构的有限元模型，并对有限元模型施加约束和边界载荷；

2)在有限元模型上确定需要计算相对位移的第一节点和第二节点；

3)在第一节点和第二节点之间建立一个杆单元；

4)定义上述杆单元的轴向刚度系数K为1，定义上述杆单元的横截面积A为1，定义上述杆单元的弹性模量E与第一节点和第二节点之间的静止距离L相等；

5)根据线弹性杆单元的轴力N与其两端的第一节点和第二节点之间相对位移δ之间存在如下关系：将步骤4)的定义带入该公式，即可得到杆单元的轴力N的数值与第一节点和第二节点之间相对位移δ相等；

6)根据步骤1中的约束和边界载荷，在有限元模型中计算上述杆单元的轴向力，该轴向力的数值与第一节点和第二节点之间的相对位移数值相等。

本发明的有益效果是：该方法通过建立有限元模型，建立相对位移测量节点之间的辅助杆单元；结合杆单元长度L，通过定义出杆单元轴向刚度系数K＝1的弹性模量E、横截面积A,经过有限元计算即可为计算出测量节点之间的相对位移提供等效数值。由于辅助杆单元轴力的数值直接等于杆单元两端节点的相对位移，从而达到了直接计算相对位移的目的，计算方法便捷，实用性强。

下面结合附图的实施例对本发明作出详细说明。

附图说明

图1为飞机挂载设备的结构模型示意图。

图2为飞机挂载设备变形结构模型示意图。

图3为杆单元的示意图。

图4为第一节点和第二节点为挂载设备的重心位置示意图。

图中编号说明：1机体结构、2第一设备安装桁架、3第二设备安装桁架、4第一节点、5第二节点、6杆单元。

具体实施方式