不同介质柔性充液结构的有限元建模方法
【专利摘要】本发明涉及飞机结构力学分析领域，特别涉及一种不同介质柔性充液结构的有限元建模方法。所述方法包括：根据实际结构的几何参数建立有限元分析几何模型；根据不同介质的力学特点选取相应单元；采用可变模量单元来摸拟流体的本构特征；流体单元与固体单元采用捆绑约束的方法，模拟流体和柔性蒙皮之间的传递。该发明过程简单，操作方便，大量减少了不同介质柔性充液结构有限元分析的工作量。
【专利说明】不同介质柔性充液结构的有限元建模方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及飞机结构力学分析领域，特别涉及一种不同介质柔性充液结构的有限元建模方法。
【背景技术】
[0002]在工程应用中有这样一种结构，在弹性结构上布置柔性蒙皮，柔性蒙皮内部填充液体，柔性蒙皮外部承受分布压力，通过调整液体的压力和流量改变结构的形状，这种结构属于不同介质柔性充液结构，其中涉及流体、固体等多种介质，由于各介质的力学行为特征不同，各介质之间相互作用复杂，且往往涉及到结构大变形问题，给力学仿真分析带来了很大的难度。目前对于这种多介质柔性充液结构的有限元仿真分析多采用流固耦合方法，但是流固耦合计算过程复杂、有限元分析工作量大，给实际应用带来一定的难度。因此，需要找到一种既能够准确模拟不同介质柔性充液结构力学性能且建模分析过程较为简单的方法。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是:提供一种不同介质柔性充液结构的有限元建模方法，可以准确模拟不同介质柔性充液结构的力学性能，同时不需要进行复杂的流固耦合计算，建模分析过程较为简单。
[0004]本发明主要包括以下步骤:不同介质柔性充液结构的有限元建模方法，其特征为所述方法包括以下步骤:
[0005]根据实际结构的几何参数建立有限元分析几何模型；所述的几何参数是指不同介质柔性充液结构中各部件的形状参数和特征尺寸；
[0006]4根据不同介质的力学特点选取相应单元:柔性蒙皮可以产生较大变形，应选择可进行几何非线性计算的单元；固体结构根据实际结构尺寸选择单元，当实际结构为薄板时选用板元，当实际结构为实体结构时选择实体单元；
[0007]0)采用可变模量单元来摸拟流体的本构特征:在构建实体单元的刚度矩阵时，将各刚度系数设为变量，根据结构实际受载情况变化各刚度系数大小，使其满足流体介质的力学特征；
[0008](1)流体单元与固体单元采用捆绑约束的方法:流体单元与固体单元各方向的位移均相等。
[0009]本发明的有益效果是:1)采用本发明能够较为准确的模拟不同介质柔性充液结构的力学性能。通过可变模量单元可以准确模拟封闭空间内的流体介质在不同受力状态下的力学性能特点，不同介质单元之间采用捆绑约束，可以模拟不同介质之间的传递关系。2)该发明过程简单，操作方便，大量减少了不同介质柔性充液结构有限元分析的工作量。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明实施例不同介质柔性充液结构示意图:
[0011]其中，“ 1 ”是柔性蒙皮，“2”是气体、液体等流体介质，“3”是弹性结构，图中虚线和实线分别表示柔性充液结构变形前和变形后的形状。
【具体实施方式】
[0012]下面通过具体的实施例并结合附图对本发明进一步详细的描述。本例是一个鼓包型面可变的柔性结构，由弹性结构、柔性蒙皮、内部填充流体(气体或液体)介质组成，柔性蒙皮与内部填充的流体介质作为一个整体共同受力和变形，弹性结构作为柔性蒙皮的支撑结构与其连接，结构示意图见附图1。根据实际结构的几何参数建立有限元分析模型，所述的几何参数是指不同介质柔性充液结构中各部件的形状参数和特征尺寸；
[0013]根据不同介质的力学特点选取单元:其中2用实体单元模拟，1、3用板元模拟。
[0014]幻采用可变模量单元来摸拟流体的本构特征:在构建实体单元的刚度矩阵时，将各刚度系数设为变量；
[0015]流体能够承受较大的压力，而拉向和剪切承载能力非常小，基本可以忽略。根据这一特点，在构建实体单元的刚度矩阵时，将各刚度系数设为变量，当结构承受压向载荷时，通过调整单元轴向和切向的刚度系数，使单元在压向具有较大的刚度，而切向刚度很小；当结构承受拉向载荷时，将单元各刚度系数参数均调整到小值，代表流体单元在受拉状态下各方向刚度都很小。
[0016]0)模拟2的实体单元与模拟1的板元之间、模拟3的板元与模拟1板元均采用捆绑约束，使流体单元与固体单元各方向的位移均相等，模拟流体与柔性蒙皮之间的传递。
【权利要求】
1.不同介质柔性充液结构的有限元建模方法，其特征为所述方法包括以下步骤: a)根据实际结构的几何参数建立有限元分析几何模型；所述的几何参数是指不同介质柔性充液结构中各部件的形状参数和特征尺寸； b)根据不同介质的力学特点选取相应单元:柔性蒙皮可以产生较大变形，应选择可进行几何非线性计算的单元；固体结构根据实际结构尺寸选择单元，当实际结构为薄板时选用板元，当实际结构为实体结构时选择实体单元； c)采用可变模量单元来摸拟流体的本构特征:在构建实体单元的刚度矩阵时，将各刚度系数设为变量，根据结构实际受载情况变化各刚度系数大小，使其满足流体介质的力学特征； d)流体单元与固体单元采用捆绑约束的方法，流体单元与固体单元各方向的位移均相等，模拟流体与柔性蒙皮之间的传递。
【文档编号】G06F17/50GK104392038SQ201410664415
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】邱涛, 张音旋, 周翌勋 申请人:中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所