一种口框刚度控制计算方法
【专利摘要】本发明属于飞机结构设计领域，涉及一种口框刚度控制计算方法。包括如下步骤：通过点面控制理论计算口框任意角点翘曲值；通过空间直线交叉法计算口框整体翘曲值；通过最大拱高原则计算口框任意边的拱高值；计算口框任意角点最大翘曲值、整体最大翘曲值、最大拱高值，并且与口框刚度控制指标比对。本发明采用3种不同的计算方式来实现口框刚度的控制，准确、高效、简洁的实现口框刚度的度量，能直观的指导口框结构的设计，同时全过程可通过编程计算，具有通用性，提高了口框设计效率。
【专利说明】
一种口框刚度控制计算方法
技术领域
[0001]本发明属于飞机结构设计领域，涉及一种口框刚度控制计算方法。
【背景技术】
[0002]在飞机结构设计中，为了满足特定的性能或使用要求，需要在蒙皮或气密隔板上开特定尺寸的开口。为了满足强度及刚度要求，开口周圈必然需布置一加强口框，如驾驶舱窗框及各类门框等。由于透明件的长寿命要求、门的气密性要求等因素，大开口周边的加强口框必须有一定的刚度要求。目前口框的刚度控制主要为控制其整体变形量ε小于等于控制值δ。
[0003]为了实现上述控制要求，目前主要通过有限元分析计算，得出受载后口框梁上任一节点在全机坐标下的位移值ει、ε2......εη，当Maxlie1^2......εη] < δ，则认定为该口框可满足刚度要求。
[0004]在飞机结构设计中，如果采用上述方法对口框刚度进行控制，当选取较小的控制值δ时，必须将口框及其周边结构设计的非常强，才能保证其整体变形量较小，这样将导致结构重量增加。当选取较大的控制值即寸，导致口框区域变形较大，如果口框变形趋势不一致，将导致因其变形而附加于透明件(窗户)上的载荷较大，降低透明件使用寿命，或不能保证全机气密性能(门框区)等。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种简单的口框刚度控制计算方法，适用于各类承载口框的刚度控制计算。
[0006]本发明的目的通过如下技术方案实现:
[0007]—种口框刚度控制计算方法，包括如下步骤:
[0008]步骤一，点面控制理论的计算:
[0009]1.1计算四边形口框AB⑶变形前任一角点到其余三点确定平面的垂直距离d1;
[0010]1.2计算四边形口框AB⑶受载变形后对应点到其余三点确定平面的垂直距离d2;[0011 ] 1.3定义两个距离差的绝对值为该点的翘曲，即口框任意一点的翘曲值为4= I d1-
cb I ；
[0012]步骤二，空间直线交叉法的计算:
[0013]2.1计算四边形口框AB⑶变形前对角线AD与BC间空间垂直距离1^山=0则为平面口框；
[0014]2.2计算四边形口框AB⑶受载变形后对角线A'D'和B'C'的空间垂直距离L2;
[0015]2.3定义两个距离差的绝对值为口框的整体翘曲，即口框的整体翘曲为匕=IL1-L2；
[0016]步骤三，最大拱高原则的计算:
[0017]3.1计算口框任意一边AB变形前，AB间任意一节点到两端点A、B所确定直线的距离hi；
[0018]3.2计算口框受载变形后对应节点到端点A'、B'所确定直线的垂直距离h2;
[0019]3.3定义两个距离差的绝对值为所选点的拱高，即口框任意边的拱高值为Hn= I h1-h21 ；
[0020]步骤四，计算口框相对变形值S1J2J3:
[0021]4.1计算口框任意角点最大翘曲值51=!1^1[(1\、(18、(1(；....dn]；
[0022]4.2计算口框的整体最大翘曲值52=max[L1、L2、L3...Ln];
[0023]4.3计算口框任意边的最大拱高值63=胍1[扭、出、出、……Hn];
[0024]步骤五，相对变形值S1、δ2、δ3与口框刚度控制指标δ比对:
[0025]当S1J2J3均不大于□框刚度控制指标δ值时，□框刚度满足要求。
[0026]可选的是，上述步骤一至步骤五中的计算过程使用有限元软件计算。
[0027]本发明所提供的口框刚度控制计算方法的有益效果在于，采用3种不同的计算方式来实现口框刚度的控制，准确、高效、简洁的实现口框刚度的度量，能更直观的指导口框结构的设计，同时全过程可通过编程计算，具有通用性，提高了口框设计效率。
【附图说明】
[0028]图1为点面控制理论计算中口框变形前后示意图；
[0029]图2为空间直线交叉法计算中口框变形前后示意图；
[0030]图3为最大拱高原则计算中口框变形前后示意图。
【具体实施方式】
[0031]为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]下面结合附图对本发明口框刚度控制计算方法做进一步详细说明。
[0033]口框刚度控制计算方法，通过有限元软件辅助计算，包括如下步骤:
[0034]步骤一，点面控制理论的计算:
[0035]如图1所示，在有限元软件中，首先读取有限元模型文件中口框ABCD的4个角点坐标值，以点A为例，通过B⑶三点坐标建立一平面方程，计算点A到B⑶平面的垂直距离CU。
[0036]口框ABCD受载后，通过有限元分析模块得到受载后的分析结论文件，在分析结论文件中读取变形后口框A'B'C'D'的4个角点坐标值，通过B'C'D'三点坐标建立一平面方程，计算点A'到B'C'D'平面的垂直距离d2。即可得到口框A点的翘曲值dA= Id1-Cbl。
[0037]步骤二，空间直线交叉法的计算:
[0038]如图2所示，在有限元软件中，首先读取有限元模型文件中口框ABCD的4个角点坐标值，分别通过AD、BC两点坐标各建立一直线方程，计算两条直线的垂直距离U，其中，L1 = O则为平面口框。
[0039]口框ABCD受载后，通过有限元分析模块得到受载后的分析结论文件，从分析结论文件中读取变形后口框A'B'C'D'的4个角点坐标值，分别通过A'D'、B'C'两点坐标各建立一直线方程，计算两条直线的垂直距离L2。即可得到口框的整体翘曲值Ln = I L1-L21。
[°04°]步骤三，最大拱高原则的计算:
[0041]如图3所示，在有限元软件中，首先读取有限元模型文件中口框任意边AB上的所有节点坐标值，通过AB两点坐标建立一直线方程，计算AB间任一节点到直线AB的距离hi。
[0042]口框任意边AB受载后，通过有限元分析模块得到受载后的分析结论文件，从分析结论文件中读取变形后口框A'B'上所有节点坐标值，通过A'B'两点坐标建立一直线方程，计算A'B'间任一节点到直线A'B'的垂直距离h2 ο即可得到口框任意边的拱高值Hn= I h1-h2
O
[0043]步骤四计算口框相对变形值S1、δ2、δ3:
[0044]计算口框任意角点最大翘曲值51 = 11^[(1\、(18、(1(；....dn];计算口框的整体最大翘曲值32 = max[L1、L2、L3...Ln];计算口框任意边的最大拱高值53 = max[H1、H2、
H3、……Hn];
[0045]步骤五，相对变形值S1、δ2、δ3与口框刚度控制指标δ比对:
[0046]当S1J2J3均不大于口框刚度控制指标δ值时，认为口框刚度满足设计要求。
[0047]通过三种计算方法得到的相对变形值，都与口框刚度控制指标做比对，可避免因一种方法得到的计算结果造成的疏漏，提高口框刚度控制的准确度，解决更多种口框变形的情况，利于设计。
[0048]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种口框刚度控制计算方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一，点面控制理论的计算: 1.1计算四边形口框AB⑶变形前任一角点到其余三点确定平面的垂直距离d1; 1.2计算四边形口框AB⑶受载变形后对应点到其余三点确定平面的垂直距离d2; 1.3定义两个距离差的绝对值为该点的翘曲，即口框任意一点的翘曲值为4= I cU-cb I ; 步骤二，空间直线交叉法的计算: 2.1计算四边形口框AB⑶变形前对角线AD与BC间空间垂直距离L^L1 = O则为平面口框； 2.2计算四边形口框AB⑶受载变形后对角线A'D'和B'C'的空间垂直距离L2; 2.3定义两个距离差的绝对值为口框的整体翘曲，即口框的整体翘曲为Ln= I L1-L21 ; 步骤三，最大拱高原则的计算: 3.1计算口框任意一边AB变形前，AB间任意一节点到两端点A、B所确定直线的距离In; 3.2计算口框受载变形后对应节点到端点A'、B'所确定直线的垂直距离h2; 3.3定义两个距离差的绝对值为所选点的拱高，即口框任意边的拱高值为Hn= I lu-hs I ; 步骤四，计算口框相对变形值H: 4.1计算口框任意角点最大翘曲值51=11^[(1\、(^、(1(；....dn]； 4.2计算口框的整体最大翘曲值52=max[L1、L2、L3...Ln]; 4.3计算口框任意边的最大拱高值δ3=max[HiH、......Hn]； 步骤五，相对变形值~、&、如与口框刚度控制指标S比对: 当均不大于口框刚度控制指标δ值时，口框刚度满足要求。2.根据权利要求1所述的口框刚度控制计算方法，其特征在于，上述步骤一至步骤五中的计算过程使用有限元软件计算。
【文档编号】G06F17/50GK105893718SQ201610414999
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】李坤, 张兵辉, 张 杰, 李宇峰, 钱超
【申请人】中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所