[发明专利]准确获取梁结构的截面形式及相应截面尺寸数据的方法

说明书

技术领域

本发明属于结构力学领域，涉及一种准确获取梁结构的截面形式及相应截面尺寸数据的方法。

背景技术

颤振模型的梁架设计过程中，梁架截面采用何种形式，其截面尺寸数据如何确定，总给设计员带来很大困扰，而粱架的刚度特性直接关系到颤振模型模拟的准确性，严重影响飞机的安全性。如何能快速、准确地给定模型梁架结构的截面形式，及截面尺寸数据，对颤振专业设计人员而言显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是给出一种能合理地确定梁结构的截面形式，并能准确给出与该截面形式对应的截面尺寸数据的方法。本发明的技术解决方案是：

(1)以结构梁的重量指标和目标结构梁的刚度数据为约束条件，确定目标结构梁的截面形式，目标结构梁的重量不应超过结构重量的30％；

(2)依据目标结构梁的刚度和截面形式，确定目标结构梁的特征截面尺寸范围；

(3)依据目标结构梁的截面形式，确定目标结构梁截面的参数比；在满足参数比条件的前提下，在目标结构梁的截面尺寸范围内，以第二步确定的特征截面尺寸范围的5％为步长，对所有可行的截面尺寸进行撒点试算，获取与各点对应的截面刚度数据；

(4)将试算结果与目标结构梁的刚度数据进行比较，得到差额百分比数据，选取差额百分比数据中数值最小的点，作为第二轮试算的基准点；

(5)以此基准点为中心，以第二步确定的特征截面尺寸范围的5％为幅度，确定第二轮试算的特征尺寸变化范围；

(6)在第二轮试算的特征尺寸变化范围内，以第二步确定的特征截面尺寸范围的1％为步长，进行第二轮撒点试算，获取与各点对应的截面刚度数据；

(7)将第二轮试算结果与目标结构梁的刚度数据进行比较，得到差额百分比数据，选取差额百分比数据中数值最小的点，与该点对应截面尺寸数据即为目标结构梁的截面尺寸数据。

本发明具有的优点和有益效果，本发明利用加工工艺难易程度、结构的重量指标等多重指标为约束条件，以快速、可靠的计算程序为依托，能高效，准确地给出模型结构的截面形式及截面尺寸数据；为颤振模型快速准确设计提供了可靠的方法，这为飞机防颤振设计提供可靠辅助手段。

附图说明

图1是本发明中确定目标结构梁矩形截面形式示意图；

图2是本发明中确定目标结构梁“十”字形截面形式示意图；

图3是本发明中确定目标结构梁“回”字形截面形式示意图；

图4是本发明中确定目标结构梁圆环形截面形式示意图。

具体实施方式

(1)以结构梁的重量指标和目标结构梁的刚度数据(首先只考虑横向弯曲刚度数据I1，纵向弯曲刚度数据I2，得到矩形的截面尺寸数据，然后考虑扭转刚度数据J判断选取哪种截面合适)为约束条件，确定目标结构梁的截面形式(矩形截面，“十”字截面，“回”字截面，圆环形截面等)；满足达到同样刚度指标的前提下，重量最轻，同时也要考虑加工工艺的难易程度，加工成本的要求；

(2)依据目标结构梁的刚度和截面形式，确定目标结构梁的特征截面尺寸范围；(矩形截面，确定长、宽的取值范围；“十”字截面，确定主矩形的长和宽的取值范围，耳片的长和宽的取值范围为耳片所在主矩形边的边长的50％；“回”字截面，确定外边界的长和宽的取值范围，“回”字壁厚的取值范围为对应外边界取值范围的50％；圆环截面；确定外径的取值范围，内径的取值范围与外径相同；)

(3)依据目标结构梁的截面形式，确定目标结构梁截面的参数比(矩形截面，其长宽比不大于10，且不小于1；“十”字截面，其主矩形的长宽比不大于10，且不小于1；“回”字截面，其外边界的长宽比不大于3，且不小于1)；在满足参数比条件的前提下，在目标结构梁的截面尺寸范围内，以第二步确定的特征截面尺寸范围的5％为步长，对所有可行的截面尺寸进行撒点试算(矩形截面，带入计算公式1～3，“十”字形截面，带入计算公式4～6，“回”字形截面，带入计算公式7～9，圆环形截面，带入计算公式10～12，获取与各点对应的截面刚度数据；

矩形截面(具体尺寸说明如图1所示，公式来源详见吴家龙著《弹性力学》P263～269)：