[发明专利]一种十字空心结构的截面刚度数据获取方法和装置

说明书

本发明属于结构力学领域，涉及一种十字空心结构的截面刚度数据获取方法和装置。本发明利用弹性力学中，扭转问题的差分解法，解决了十字空心结构的截面扭转刚度数据求解难题；同时，给出了便于工程应用，而且计算效率较高的截面网格快速生成方法和利用有限差分法计算十字空心结构截面扭转刚度的方法。本发明给十字空心结构的分析、应用提供了可靠的理论分析手段，为飞机刚度的准确仿真提供了有效途径。

技术领域

本发明属于结构力学领域，涉及一种十字空心结构的截面刚度数据获取方法和装置。

背景技术

为了获取飞机的动力学特性，通常需要建立飞机的动力学模型，动力学模型需要能够准确模拟飞机的刚度特性和质量特性。

现有动力学模型在模拟飞机的刚度特性时，其梁架设计均局限于矩形截面或者带耳片的矩形截面。截面为“十”字空心结构的梁架由于具有质量轻刚度大的优点，也逐渐广泛使用在飞机设计中，目前缺少一种可以计算“十”字空心结构的截面刚度数据的方法。

发明内容

本发明的目的是给出一种十字空心结构的截面刚度数据获取方法和装置。

本发明的技术解决方案是：

本发明中的十字空心结构满足B-B3-B4B2，B-B3-B4B6，HH2+H3；截面刚度数据获取方法包括：

步骤一、获取十字空心结构的截面的特征尺寸数据，沿截面的所有的边将截面划分为14个分区；其中，截面的特征尺寸数据包括：主矩形横向长度B，主矩形纵向高度H，上耳片左侧到主矩形左边界的长度B₁，上耳片宽度B₂，上耳片纵向高度H₁，主矩形左侧的壁厚B₃，主矩形右侧的壁厚B₄，主矩形上部的壁厚H₂，主矩形下部的壁厚H₃，下耳片左侧到主矩形左边界的长度B₅，下耳片宽度B₆，下耳片纵向高度H₄，N为正的偶数；

步骤二、将每个分区均匀划分为N×N个矩形网格和N×N/4个薄膜，确定截面的薄膜总数M＝3.5N²；每个薄膜包括一组2x2矩形网格；

步骤三、根据特征尺寸数据以及N，确定每个分区的横向网格步长b和纵向网格步长h，利用如下公式1，建立每个网格节点的应力函数值求解方程；根据所有网格节点的应力函数值求解方程，确定每个网格节点的应力函数值；截面内所有网格线的交点为网格节点；φ₀表示任一网格节点的应力函数值，b₀表示任一网格节点所在分区的横向网格步长，h₀表示任一网格节点所在分区的纵向网格步长；φ₁表示任一网格节点的右节点的应力函数值；φ₂表示任一网格节点的下节点的应力函数值；φ₃表示任一网格节点的左节点的应力函数值；φ₄表示任一网格节点的上节点的应力函数值；在节点为网格节点时，节点的应力函数值为网格节点的应力函数值，在节点为外边界节点时，节点的应力函数值为预设数值；在节点为内边界节点时，节点的应力函数值为φ_x；

步骤四、根据任一薄膜包括的网格节点的应力函数值、横向网格步长b₁和纵向网格步长h₁，利用如下公式2，确定任一薄膜对应的薄膜体积；表示薄膜的中心节点的应力函数值；表示薄膜的右节点的应力函数值；表示薄膜的下节点的应力函数值；表示薄膜的左节点的应力函数值；表示薄膜的上节点的应力函数值；表示薄膜的右上节点的应力函数值；表示薄膜的右下节点的应力函数值；表示薄膜的左下节点的应力函数值；表示薄膜的左上节点的应力函数值；