[发明专利]一种直升机吊挂柔性机身建模方法

权利要求书

1.一种直升机吊挂柔性机身建模方法，其特征在于，采用变截面变刚度弹性梁模型进行弹性机身建模，然后使用有限元方法进行机身弹性梁模型的模态求解；其中，所述建模具体包括：

首先建立机体计算坐标系，然后在机身弹性梁上设置若干个节点，两相邻节点之间的机身分段认为是弯扭耦合均匀梁单元，采用分段剖面质量加权平均的方法近似出一根与机身纵轴平行的直弾性轴，各剖面的质量和转动惯量即节点的质量和转动惯量，利用机身分段结构质量，得到每个梁单元的单元质量，利用机身分段剖面刚度数据，计算出每个梁单元的刚度矩阵，采用有限元组集的方法可以得到整个机身的刚度矩阵及质量矩阵，求解即可得到机身振动固有频率和模态振型，耦合机身刚体运动得到机身各气动部件处的运动信息，各气动部件根据当地运动信息计算出相对入流进而得到气动作用力，实现柔性机身变形对直升机吊挂系统的影响建模；

所述利用机身分段剖面刚度数据，计算出每个梁单元的刚度矩阵，包括：

根据分段结构数据中提供的剖面纵向坐标和剖面弯曲刚度等效出各梁单元的抗弯刚度EI_z，其中剖面刚度的定义是固定后面一个剖面的平动和转动位移为零，对该剖面施加载荷至达到一定位移，记录下此时的施加载荷和位移之比即为剖面侧向弯曲刚度；记剖面个数为则机身的单元节点个数为个，梁单元个数为个，对于第个梁单元而言，定义对应的等效情况，根据结构力学有：

上式中，F_i表示第i个梁单元的端点受力，L_i表示第i个梁单元的长度，EI_zi表示第i个梁单元的抗弯刚度；

由于给定的剖面侧向弯曲刚度为：

上式中，Δ_i表示第i个梁单元的端点在F_i的作用下产生的位移；

结合式1.1和式1.2可得梁单元的等效侧向抗弯刚度：

根据式1.3即可计算出第i个梁单元的等效侧向抗弯刚度EI_zi，同理，可以计算出第i个梁单元的等效垂向抗弯刚度EI_yi；

对于沿纵向轴扭转，用一段固定的圆截面均匀轴等效，根据结构力学有：

上式中，M_i表示第i个梁单元端点力矩，GI_pi表示第i个梁单元的扭转刚度；

根据剖面扭转刚度定义有：

结合式1.4和式1.5可得到等效梁单元的扭转刚度：

根据有限元相关方法，可以得到弯扭耦合均匀梁单元的单元刚度矩阵为：

将各个单元的刚度阵组集即可得到总的刚度阵K^F。

2.根据权利要求1所述的直升机吊挂柔性机身建模方法，其特征在于，所述机体计算坐标系包括机体坐标系、机身弹性轴坐标系、机身任意位置x处的局部坐标系以及机身上任一部件处的局部坐标系。

3.根据权利要求2所述的直升机吊挂柔性机身建模方法，其特征在于，所述机体计算坐标系的建立过程包括：

将弹性机体简化为变截面变刚度弹性梁模型，然后建立机体计算坐标系，所述机体计算坐标系包括：

机体坐标系(O-XYZ)_f，其原点O_f在质心处，X_f轴在机身的纵向对称面内指向机头，Z_f在机身的纵向对称面内垂直于X_f轴指向下，Y_f轴通过右手定则确定；

机身弹性轴坐标系(O-XYZ)_ff，原点O_ff在弾性轴上位于机头处，即第一个节点处，X_ff沿机身弹性轴指向后，Y_ff方向与Y_f一致，Z_ff方向与Z_f相反；

机身任意位置x处的局部坐标系(O-XYZ)_fx，原点在x处，三个坐标轴的方向通过将机身弹性轴坐标系旋转三个变形角度得到；

机身上任一部件处的局部坐标系(O-XYZ)_f*，未变形时与机身弾性轴坐标系平行，原点在部件中心处，变形后的三个坐标轴的方向与该部件对弹性轴的垂点处的局部坐标系相同。