一种基于代理模型的飞机结构强度分析方法及系统与流程

本发明涉及飞机结构强度分析，并且更具体地，涉及一种基于代理模型的飞机结构强度分析方法及系统。

背景技术：

1、飞机结构强度分析是指通过应用数学方法和计算机模拟技术，对飞机结构在不同载荷条件下的受力、变形、应力和应变等进行分析和计算，以评估飞机结构的强度和可靠性，从而确保飞机的安全运行。飞机结构强度分析是航空航天工程领域中非常重要的一环，能够帮助工程师优化飞机结构设计，降低生产成本，提高飞机的性能和安全性。飞机结构强度分析技术是一种基于有限元理论的计算机辅助工程分析方法，广泛应用于航空航天工程领域。该技术的发展始于上世纪60年代，随着计算机技术和有限元理论的不断进步，飞机结构强度有限元分析技术得到了快速发展。

2、现有的飞机结构强度有限元分析的一般步骤是：1.建立飞机结构的三维模型：首先需要使用cad软件建立飞机结构的三维模型，包括机身、机翼、尾翼、发动机等部件。模型应该准确反映飞机的实际几何形状。2.划分有限元网格：将飞机结构离散化为许多小的有限元单元，并考虑每个单元的材料属性和几何特性。这个过程需要考虑飞机结构的复杂性和几何形状，以确保有限元网格的精度和准确性。3.确定边界条件和载荷情况：在飞机结构的外部和内部施加边界条件和载荷情况。这些条件和载荷可以是静载荷、动载荷、温度变化等。4.求解有限元方程：根据所得到的有限元网格和边界条件，求解有限元方程组，得到结构的应力和应变分布情况。5.分析结果：通过对有限元分析结果的分析，确定飞机结构的强度和稳定性，评估结构的安全性和可靠性。如果分析结果表明结构存在弱点，需要进行设计改进。6.优化设计：根据有限元分析结果，进行结构的优化设计，以提高结构的强度和稳定性，降低结构重量和成本。总之，飞机结构强度有限元分析是一项复杂的工程分析任务，需要借助cad和有限元分析软件等工具，以确保准确和可靠的分析结果。通过分析和优化设计，可以提高飞机结构的安全性和可靠性，同时降低成本和重量，满足飞机设计的要求。其缺点在于进行飞机结构强度分析时，对于较大的模型尺寸，如飞机机翼模型在进行计算时，由于网格单元数量多，计算速度较慢，而典型的工况分析往往需要对几百上千种工况进行计算，整个过程耗时非常长。

3、因此，需要一种基于代理模型的飞机结构强度分析方法。

技术实现思路

1、本发明提出一种基于代理模型的飞机结构强度分析方法及系统，以解如何高效准确地进行飞机结构强度分析的问题。

2、为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种基于代理模型的飞机结构强度分析方法，所述方法包括：

3、建立飞机结构强度有限元分析模型，并确定关键参数；

4、基于所述关键参数进行样本数据的抽样，并根据抽样得到的样本数据构造样本矩阵；

5、基于所述样本矩阵和所述飞机结构强度有限元分析模型进行计算，以获取所述样本矩阵中的每组样本数据对应的结构化强度数据；其中，所述结构化强度数据的类型，包括：应力、应变和位移值；

6、基于所述结构化强度数据进行多项式响应面代理模型的训练，以获取每种类型的结构化强度数据对应的代理模型；

7、将目标工况对应的关键参数数据分别输入至每种类型的结构化强度数据对应的代理模型，以获取所述目标工况下的结构化强度数据。

8、优选地，其中所述关键参数，包括：载荷值参数和材料属性值参数；其中，所述载荷值参数为：集中力、均布力或力矩；所述材料属性值参数，包括：弹性模量和泊松比中的至少一个。

9、优选地，其中所述基于所述关键参数进行样本数据的抽样，包括：

10、基于所述关键参数采用优化拉丁超立方法进行样本数据的抽样。

11、优选地，其中，所述代理模型和所述结构化强度数据的类型一一对应；

12、每种类型的结构化强度数据对应的代理模型，采用不完全4阶多项式响应面模型，其函数形式为：

13、

14、其中，为结构化强度数据；xi为载荷值参数；xj为材料属性值参数；n为参数的总个数；a0、ai、aij、aii、aiii、aiiii，为不完全4阶多项式的待定系数。

15、根据本发明的另一个方面，提供了一种基于代理模型的飞机结构强度分析系统，所述系统包括：

16、关键参数确定单元，用于建立飞机结构强度有限元分析模型，并确定关键参数；

17、抽样单元，用于基于所述关键参数进行样本数据的抽样，并根据抽样得到的样本数据构造样本矩阵；

18、有限元分析单元，用于基于所述样本矩阵和所述飞机结构强度有限元分析模型进行计算，以获取所述样本矩阵中的每组样本数据对应的结构化强度数据；其中，所述结构化强度数据的类型，包括：应力、应变和位移值；

19、代理模型确定单元，用于基于所述结构化强度数据进行多项式响应面代理模型的训练，以获取每种类型的结构化强度数据对应的代理模型；

20、结构化强度数据确定单元，用于将目标工况对应的关键参数数据分别输入至每种类型的结构化强度数据对应的代理模型，以获取所述目标工况下的结构化强度数据。

21、优选地，其中所述关键参数，包括：载荷值参数和材料属性值参数；其中，所述载荷值参数为：集中力、均布力或力矩；所述材料属性值参数，包括：弹性模量和泊松比中的至少一个。

22、优选地，其中所述抽样单元，基于所述关键参数进行样本数据的抽样，包括：

23、基于所述关键参数采用优化拉丁超立方法进行样本数据的抽样。

24、优选地，其中所述代理模型和所述结构化强度数据的类型一一对应；

25、每种类型的结构化强度数据对应的代理模型，采用不完全4阶多项式响应面模型，其函数形式为：

26、

27、其中，为结构化强度数据；xi为载荷值参数；xj为材料属性值参数；n为参数的总个数；a0、ai、aij、aii、aiii、aiiii，为不完全4阶多项式的待定系数。

28、基于本发明的另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现一种基于代理模型的飞机结构强度分析方法中任一项的步骤。

29、基于本发明的另一方面，本发明提供一种电子设备，包括：

30、上述的计算机可读存储介质；以及

31、一个或多个处理器，用于执行所述计算机可读存储介质中的程序。

32、本发明提供了一种基于代理模型的飞机结构强度分析方法及系统，包括：建立飞机结构强度有限元分析模型，并确定关键参数；基于所述关键参数进行样本数据的抽样，并根据抽样得到的样本数据构造样本矩阵；基于所述样本矩阵和所述飞机结构强度有限元分析模型进行计算，以获取所述样本矩阵中的每组样本数据对应的结构化强度数据；其中，所述结构化强度数据的类型，包括：应力、应变和位移值；基于所述结构化强度数据进行多项式响应面代理模型的训练，以获取每种类型的结构化强度数据对应的代理模型；将目标工况对应的关键参数数据分别输入至每种类型的结构化强度数据对应的代理模型，以获取所述目标工况下的结构化强度数据。本发明应用优化拉丁超立方试验设计与多项式响应面代理模型方法对典型飞机结构强度有限元分析模型进行代理模型建模，训练得到的模型能够应用于飞机结构强度的多工况快速分析，结果可靠，能够极大提高飞机结构强度分析的速度，利用本发明的方法可以在进行大模型多工况的飞机结构强度分析时，极大提高分析速度，可以对各类工况进行更全面的分析，得到更全面的强度分析结果，更好地指导飞机结构设计，改进结构强度。