[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

说明书

本发明公开了一种加强型矩形薄壁机身大开口结构扭转变形计算方法，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。该方法克服现有的有限元计算方法在尺寸参数变化时需要重新建立模型反复迭代计算所存在的效率低的问题。

技术领域

本发明涉及航空结构设计领域，特别是提出了一种加强型矩形薄壁机身大开口结构扭转变形计算方法，可以得出影响扭转变形的敏感参数，为控制扭转变形提供支持。

背景技术

大开口结构一般为飞机机身下部的投放口、货舱舱门安装口、弹舱舱门安装口等；大开口结构切断了飞机结构传力路线，是飞机设计的难点。常规的圆形机身大开口由少量的设计依据，而矩形开口是特殊的舱体开口，为一种新型的结构形式，型号设计中缺乏设计经验，且飞机设计资料中缺乏该中类型结构的介绍。

目前，通常通过有限元计算软件优化得到结构布置的参数，但由于机身大开口目前在飞机设计应用比较少，并没有一种矩形薄壁机身大开口结构、加强型矩形薄壁机身大开口扭转变形计算方法；如采用传统的有限元计算方法，模型元素种类选取，规模、边界条件等都对计算结果有影响，所得有限元结构的结果缺乏解析解的理论支持，得不到影响扭转变形的关键因素，对控制扭转变形缺乏有力的数据支持。

发明内容

本发明的目的是提供一种加强型矩形薄壁机身大开口结构扭转变形计算方法，用以克服现有有限元计算方法在尺寸参数变化时需要重新建立模型反复迭代计算所存在的效率低的问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种加强型矩形薄壁机身大开口结构扭转变形计算方法，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。

进一步地，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；