[发明专利]一种基于响应面法的机翼可靠性评估系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于响应面法的机翼可靠性评估系统及方法，属于固定翼飞机机翼中可靠性研究领域；包括机翼结构试验模块、机翼结构有限元仿真模块、可靠度计算模块、数据存储及显示模块等部分，首先构建机翼结构试验模块，然后构建机翼结构有限元仿真模块，其次通过机翼结构试验模块验证与修改机翼结构有限元仿真模块，再通过可靠度计算模块计算可靠度，最后通过数据存储及显示模块进行数据存储及显示。本发明通过响应面法省略了机翼内部复杂的结构计算；利用结构真实试验数据和结构仿真系统进行对比和验证，通过真实数据支持仿真系统的模拟抽样；利用有限元模拟系统随机抽样，避免了对多个机翼的抽样过程。

技术领域

本发明涉及固定翼飞机机翼中可靠性计算领域，具体涉及一种基于响应面法的机翼可靠性评估系统及方法。

背景技术

飞机具有特殊的功能性，其结构可靠性也是飞机设计中的重要问题。飞机机翼结构复杂、载荷多变，故机翼的可靠性分析又是飞机结构可靠性设计的重中之重。结构在规定的条件下和规定时间内完成规定功能的特性称为结构可靠性。而由于机翼的特殊性，不可能对每一个机翼都进行可靠度评估试验，因此有必要根据结构相同的机翼中某一特例来计算此型机翼的可靠度。

传统的计算可靠性的方法主要是一次二阶矩法及其改进算法等近似解法、蒙塔卡洛法等数字模拟法。其中一次二阶矩法需要计算功能函数，机翼结构较为复杂，很难计算出其显性或隐性功能函数。而蒙塔卡洛法需要进行大量的数据试验，而飞机造价较高，此方法显然不合适。响应面法是数学方法和统计方法结合的产物，其基本思想就是用一次响应面或者二次响应面来代替结构的失效面，适合计算复杂结构可靠度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于响应面法的机翼可靠性评估系统及方法。利用实验数据和仿真模型互相对比及修正，通过响应面法对具有复杂结构的机翼进行可靠度评估。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于响应面法的机翼可靠性评估系统及方法，其特征在于，包括机翼结构试验模块、机翼结构有限元仿真模块、可靠度计算模块、数据存储及显示模块等部分，首先构建机翼结构试验模块，然后构建机翼结构有限元仿真模块，其次通过机翼结构试验模块验证与修改机翼结构有限元仿真模块，再通过可靠度计算模块计算可靠度，最后通过数据存储及显示模块进行数据存储及显示。

所述机翼结构试验模块包括模拟载荷加载模块、支持模块和位移响应测量模块，对机翼进行模拟气动载荷的加载模块以及位移响应的测量模块；模拟载荷加载模块利用等效的集中载荷来代替，使它所产生的作用力和力矩的大小、方向以及作用点都能准确地模拟结构的真实受力状态；支持模块根据实际设计情况选择集中连接和分布连接两类两类方式，使各支持点和真实情况相符；位移响应测量模块采用电阻式位移传感器，通过电阻式位移传感器直接测出施加模拟气动载荷N_i后机翼翼尖处的位移响应L_i。

所述机翼结构有限元仿真模块是根据机翼结构的几何参数和材料的性能参数，建立机翼结构的有限元模型；再利用机翼结构试验模块的模拟载荷和真实位移响应对该模型进行不断修正得到的。

所述可靠度计算模块为应用响应面法来完成复杂机翼结构的可靠度计算，其抽样结果由机翼结构有限元仿真模块给出。

所述数据存储及显示模块用于存储及显示最终数据。

一种基于响应面法的机翼可靠性评估系统及方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤一：建立机翼结构试验模块；

步骤二：根据机翼结构的材料参数弹性模量E和泊松比μ，以及几何参数建立机翼结构有限元仿真模块；

步骤三：根据设计部门所给出的气动载荷范围，选择m个载荷N_i(i＝1,2,...,m)，利用机翼结构试验模块进行加载，可得出翼尖处m个位移响应L_i(i＝1,2,...,m)；