[发明专利]一种加强型矩形薄壁机身大开口结构扭转变形计算方法

权利要求书

1.一种加强型矩形薄壁机身大开口结构扭转变形计算方法，其特征在于，包括：

根据实际加强型机身大开口结构的形状、尺寸，建立加强型机身大开口结构的结构模型，所述结构模型中，对于实际大开口结构两端的加强框，将其简化为以其中一个加强框与大开口连接的模型结构；设定一个约束端面来模拟实际结构大开口结构端部的加强框，大开口结构模型的端面与约束端面重合，将该端面作为固定端，另外一个端面作为加载端；在大开口结构模型的四个角点处，分别取一个集中点来模拟实际的加强梁结构；在所述结构模型中确定坐标轴原点，继而建立坐标系；在加载端对大开口结构模型施加围绕x轴的扭转载荷，从而建立扭转模型；

计算机身大开口结构模型剖面特性相关参数，包括扇性面积和主扇性惯性矩；

在外载荷作用下，确定不同剖面位置处扭转角控制方程；

确定大开口结构扭转模型剖面上任意一点在发生扭转变形后沿y、z轴的位移分量的表达式；

在大开口结构扭转模型中，确定扭转变形关键点，基于所述位移分量的表达式，得到每个扭转变形关键点处的y、z轴的位移分量，由此得到整个机身大开口结构的扭转变形；

在所述结构模型中确定坐标轴原点，继而建立坐标系，包括：

以大开口结构的对称面为基准，该对称面垂直剖分大开口结构的端面；在对称面与端面的相交线上，取距离大开口结构顶部z_h的点作为O点，z_h的计算公式为：

其中，h表示大开口结构的高度，b表示大开口结构的宽度，δ表示大开口结构的壁厚；F_up表示上部左右两侧的加强梁在模型中的面积，F_down表示下部左右两侧加强梁在模型中的面积；

基于所述原点O，确定以大开口结构长度方向为x轴，高度方向为z轴且指向上，y轴根据右手坐标系法则确定；

所述扇性面积、主扇性惯性矩的计算过程为：

大开口结构模型受到扭转载荷M_t后发生扭转变形；在z轴上确定扭转的扭心位置P，以扭心P为主极点，z轴与大开口结构模型上部的交点K为主零点，剖面上任意一点Q到P的垂直距离为r，定义该垂直距离r从主零点K开始沿剖面轮廓的弧长到Q点的积分为扇性面积A_w；

基于扇性面积A_w，计算大开口模型剖面的主扇性惯性矩I_w；主扇性惯性矩I_w为∫_ΩA_w² dA，其中，dA表示积分微元面积，Ω表示机身大开口剖面区域；将A_w带入前式后，公式如下：

在外载荷作用下，不同剖面位置处扭转角控制方程表示为：

上式中，x表示计算剖面位置与约束端面的距离，所述计算剖面为垂直于x轴的剖面；L表示机身大开口模型的长度，E为结构材料的弹性模量；

所述确定大开口结构扭转模型剖面上任意一点在发生扭转变形后沿y、z轴的位移分量的表达式，包括：

在大开口结构扭转模型剖面上任意一点记为S，S点扭转变形后的位置为S’，S至扭心P点的距离为r；S距离P点沿z轴的分量为r_z；S距离P点沿y轴的分量为r_y；θ为PS与y轴的夹角，则：

则S点的变形量为：

S点扭转变形沿着y、z轴的位移分量分别为：

将I_w表达式代入上式中的S点扭转变形沿着y、z轴的位移分量分别为：

基于所述位移分量的表达式，得到每个扭转变形关键点处的y、z轴的位移分量，包括：

扭转变形关键点L1和R1点，其沿着y轴的变形为：

其沿着z轴的变形为：

扭转变形关键点L2和R2处，其沿着y轴的变形为：

其沿着z轴的变形为：

2.根据权利要求1所述的加强型矩形薄壁机身大开口结构扭转变形计算方法，其特征在于，所述在大开口结构扭转模型中，确定扭转变形关键点，包括：

所述扭转变形关键点为：机身大开口模型剖面的四个角点处加强梁位置的集中点，其中左上集中点、左下集中点分别为L1，L2；右上集中点、右下集中点分别为R1，R2。

3.根据权利要求1所述的加强型矩形薄壁机身大开口结构扭转变形计算方法，其特征在于，所述由此得到整个机身大开口结构的扭转变形，包括：

以确定的扭转变形关键点的扭转变形来代表整个模型的扭转变形大小；在x＝L时计算每个扭转变形关键点的扭转变形，这样计算出的是扭转变形最大的计算剖面的关键点的扭转变形，也就代表了整个模型的最大扭转变形。