一种集中传载金属接头有限元网格尺寸确定方法与流程

本发明属于飞机结构强度分析
技术领域：
，尤其涉及一种集中传载金属接头有限元网格尺寸确定方法。
背景技术：
：现代飞机广泛采用金属接头，金属接头的作用是将两部分的主体结构进行连接，由于其几何形状往往比较复杂，载荷量级大，金属接头结构应力集中现象严重，其金属接头结构如图1所示，图中所示的金属接头既有与其他金属平面相连接的底座部分，又有与其他金属结构相近的接头部位，底座部分与接头部分又焊接在一起，对于此类形状复杂的金属机构主要采用实体有限元分析的方法，有限元分析结果严重依赖网格尺寸大小，而实际操作中有限元网格尺寸大小的确定现没有成文规定，设计人员往往根据自己“经验”确定，这就导致数值求解精度降低、迭代次数多，导致研制周期变长。技术实现要素：本发明的目的是提供一种集中传载金属接头有限元网格尺寸确定方法，解决目前的集中传载金属接头有限元网格划分不准确致使求解精度低、迭代次数多等问题。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种集中传载金属接头有限元网格尺寸确定方法，适用于几何结构复杂且受集中传载的金属接头，包括步骤一：对几何结构复杂的金属接头进行二次实体单元网格剖分；步骤二：选择相应的求解器求解若集中传载的所述金属接头受的是静态载荷，则采用静态求解器对所述金属接头进行有限元精确应力求解；若集中传载的所述金属接头受的是动态载荷，则选用动力学显示求解器对所述金属接头进行动态求解；步骤三：查看应力结果，确定结构高应力区依据求解之后的所述金属接头的等效应力云图中应力最大值所发生的区域，确定高应力区范围，之后若金属接头结构在所述等效应力云图中的多个单元应力数值在最大值附近，则认为此区域为金属接头结构的高应力区；步骤四：查询高应力区单元积分点应力数值和单元节点数值；若单元积分点与单元节点的数值相当，则网格尺寸大小划分合理；若两者相差较大，继续细化划分网格并重复步骤二至步骤四，直至单元积分点应力数值和节点应力数值相当。进一步地，所述集中传载金属接头有限元网格尺寸确定方法使用的有限元软件包括ABAQUS。进一步地，步骤二中，进行静态求解选用的求解器包括ABAQUS/Standard静态求解器，进行动态求解选用的求解器包括ABAQUS/Explist动态求解器。进一步地，步骤三中，所述多个数值至少为5个。进一步地，步骤四中，所述数值相当指的是单元积分点应力数值与单元节点应力数值的误差在5％以内。另外，对单元节点与单元积分点的含义做一下简单的阐述以便理解，单元节点是表征单元内场函数的特征点，在选取单元的时候就已经定下；单元积分点是指在进行场函数积分的时候，为了增加精度选取的特征点。一般有限元求解是先求解每个节点的位移，然后通过形函数插值得到单元内任何一点的位移(含积分点位移)；对单元应力，一般通过偏微分求解首先得到积分点应力，然后通过线性外推法或平均化方法得到节点应力，最后根据节点应力得到单元内任何一点的应力。本发明的集中传载金属接头有限元网格尺寸确定方法给出一种几何形状复杂且集中传载的金属接头有限元网格尺寸确定方法，精确获得结构数值解，使得有限元求解精度提高，克服了现有技术中依靠“经验”法的缺陷，减少了迭代次数，提高了数值求解精度，进而缩短了研制周期，降低了研制成本。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。图1为现有技术的金属接头结构示意图。图2为本发明一实施例的单元节点与单元积分点分布图。图3为本发明一实施例的某型机集中传载金属接头仿真示意图。图4为采用“工程尝试法”结果示意图。图5为采用本发明的“查询单元节点与单元积分点数值关系”结果示意图。具体实施方式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型的，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型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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。本发明的集中传载金属接头有限元网格尺寸确定方法，适用于几何结构复杂且受集中传载的金属接头，包括步骤一：对几何结构复杂的金属接头进行二次实体单元网格剖分；由于金属接头结构受到集中传载的力，且受力复杂，一次线性实体单元应力求解精度低，尤其是受弯为主的结构，因此选用二次实体单元以获得高精度的应力解；步骤二：选择相应的求解器求解若集中传载的金属接头受的是静态载荷，则采用静态求解器对金属接头进行有限元精确应力求解；若集中传载的金属接头受的是动态载荷，则选用动力学显示求解器对金属接头进行动态求解；需要说明的是，在本发明中集中传载金属接头有限元网格尺寸确定方法使用的有限元软件包括ABAQUS，当然还可以是其他的有限元分析软件，如Ansys、MSSoftware等。步骤三：查看应力结果，确定结构高应力区依据求解之后的金属接头的等效应力云图中应力最大值所发生的区域，确定高应力区范围，之后若金属接头结构在等效应力云图中的多个单元应力数值在最大值附近，则认为此区域为金属接头结构的高应力区；在本发明中，由于选用的是有限元分析软件是ABAQUS，所以进行静态求解选用的求解器包括ABAQUS/Standard静态求解器，进行动态求解选用的求解器包括ABAQUS/Explist动态求解器。当然，若选用是其他的有限元分析软件如Ansys等，则选取相应的求解器即可，不在赘述。此外在本发明中，多个数值至少为5个。步骤四：查询高应力区单元积分点应力数值和单元节点数值；若单元积分点与单元节点的数值相当，则网格尺寸大小划分合理；若两者相差较大，继续细化划分网格并重复步骤二至步骤四，直至单元积分点应力数值和节点应力数值相当。需要说明的是，本步骤中所指的数值相当指的是单元积分点应力数值与单元节点应力数值的误差在5％以内。当然，根据求解精度需要可以缩小误差范围，但是随着误差的缩小，需要运算的次数及时间也需要增加，因此本发明提出的5％以内的误差是综合衡量精度与效率的最优范围。在本实施例中如图2所示，具体选取的是单元节点与单元积分点的个数均为4个，即单元积分点a、b、c、d和单元节点A、B、C、D，也就是比较单元积分点a、b、c、d和单元节点A、B、C、D的数值。为了使本发明的集中传载金属接头有限元网格尺寸确定方法与传统方法有显著的区别，故本实施例中如图3所示的对薄弱部位，采用两种网格尺寸的方法求解，其中图3中编号1所指的是金属接头的应力最大值所发生的区域。1)采用工程尝试方法，随着网格尺寸由大变小求解结构应力，见图4所示，此方法计算了20次，最终确定结构收敛解，计算时间为18.5小时；2)采用本发明的“查询单元节点与单元积分点数值关系”的方法，如图5所示，计算4次获得结构收敛解，每次计算时间为0.5小时；表1单元网格尺寸变化局部接触区域节点与积分点应力数值3)采用“经验法”或“工程尝试法”(方法1)、“查询单元节点与积分点数值关系(方法2)”所需计算机资源及计算时间见表2。表2两种计算方法计算机资源及计算时间对比名称计算机内存计算次数计算时间方法13G2018.5小时方法21G42.0小时表2的数据表明，本发明的集中传载金属接头有限元网格尺寸确定方法有效的提高了计算精度，大大的缩短了计算时间。本发明的集中传载金属接头有限元网格尺寸确定方法给出一种几何形状复杂且集中传载的金属接头有限元网格尺寸确定指南，精确获得结构数值解，使得有限元求解精度提高，克服了现有技术中依靠“经验”法的缺陷，减少了迭代次数，提高了数值求解精度，进而缩短了研制周期，降低了研制成本。以上所述，仅为本发明的最优具体实施方式，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。当前第1页1 2 3