[发明专利]用于飞机铝合金结构性能预测的状态近场动力学方法

摘要

一种力学数值模拟技术领域的用于预测飞机铝合金结构性能的状态近场动力学方法，首先将铝合金结构离散成一系列空间域内的物质点；其次根据近场动力学状态线性化理论推导出节点刚度矩阵，并在此基础上改进Kilic针对近场动力学键理论提出动力松弛法，求解计算所需参量；然后将铝合金结构总的位移载荷分为若干增量步，对每个增量步采用改进的动力松弛法迭代计算；结合相对和绝对准则改进不平衡力准则，选用该准则判定系统的平衡与否，若平衡则进入下一增量步，直至加载加速，否则进入下一轮迭代，最终得到铝合金结构的性能数据。通过本发明能够实现运用近场动力学状态理论的常规材料模型求解复杂平衡路径准静态问题。

主权项

一种用于预测飞机铝合金结构性能的状态近场动力学方法，其特征在于，首先将铝合金结构离散成一系列空间域内的物质点；其次根据近场动力学状态线性化理论推导出节点刚度矩阵，并在此基础上改进Kilic针对近场动力学键理论提出动力松弛法，求解计算所需参量；然后将铝合金结构总的位移载荷分为若干增量步，对每个增量步采用改进的动力松弛法迭代计算；结合相对和绝对准则改进不平衡力准则，选用该准则判定系统的平衡与否，若平衡则进入下一增量步，直至加载加速，否则进入下一轮迭代，最终得到铝合金结构的性能数据，所述方法具体包括以下步骤：步骤一、将物体离散成均匀的正方体晶格，节点即积分计算点置于正方体晶格的中心；步骤二、物质点x附近有Nx个节点qi(1≤i≤Nx)，满足|qi‑x|＜2δ，根据PD状态线性化理论，导出节点x的增量平衡方程为：其中：物质点x的节点刚度矩阵为记n为任意单位矢量，C(x,qi)n表示保持除qi外的其他物质点不动，将物质点qi移动位移矢量n对物质点x产生的内力密度；步骤三、根据步骤二中得到的C(x,x)计算虚拟密度矩阵虚拟密度矩阵为对角阵，其对角元素为：其中：上标0表示在结构的初始构型中求解该参量；步骤四、将结构总的位移载荷分为若干增量步，对每个增量步采用改进的动力松弛法迭代计算；步骤五、增量步开始时，根据节点的空间位置，插值得到初始位移场，具体为：在第n个增量步初，在结构位移约束处，取j方向位移固定的约束节点xb1和j方向位移已知的加载节点xb2，根据节点的空间位置进行插值，得到j方向位移自由的节点x在此增量步初该方向的初始位移增量：步骤六、结合相对和绝对准则改进不平衡力准则，选用该准则判定系统的平衡与否，若平衡则进入下一增量步，直至加载结束，否则进入下一轮迭代，具体为：改进后的不平衡力准则为：其中：表示在第n个增量步初节点xi的节点在第j个自由度上的不平衡内力，表示第n个增量步在第k次迭代后编号为i的节点在第j个自由度上的不平衡内力，nb表示平衡准则转换的临界次数，tolr,j表示节点在第j个自由度上的相对平衡容差，tola,j表示节点在第j个自由度上的绝对平衡容差；步骤七、根据步骤六中迭代平衡后的系统状态，输出节点变量在某增量步的场量云图及节点变量随加载变化的历史曲线。