[发明专利]一种气动载荷分配方法

说明书

本发明属于飞机强度计算技术领域，公开了一种气动载荷分配方法。已知单元内的气动载荷和载荷作用点坐标；对于三角形有限元单元通过下述步骤分配气动载荷：计算得到三角形有限元单元的节点形心O，将气动载荷等效至单元形心，得到单元形心上的作用力和作用力矩；将平均分配至三个有限元节点，得到三个有限元节点上的第一节点力，记为；将分解为垂直于单元平面的力矩和平行于单元平面的力矩；计算在三个有限元节点上产生的第二节点力；计算在三个有限元节点上产生的第三节点力；将三个有限元节点的三个节点力各自叠加得到三个节点各自的总载荷。

技术领域

本发明属于飞机强度计算技术领域，特别涉及一种气动载荷分配方法。

背景技术

在飞行器结构强度设计过程中，需要将气动载荷分配至结构有限元模型的节点上。在已知压力场的情况下，可以先通过积分得到有限元单元内压力载荷和载荷的等效作用点。现有技术是通过按距离加权，按面积加权或者按应变能最小的原则，将载荷分配至有限元的节点上。

在将载荷分配至节点的过程中，按距离加权，按面积加权或者按应变能最小的原则，按距离加权和按面积加权的方法，在压力中心不位于单元形心时，节点上的载荷与作用在单元上的气动载荷作用点不等效，会引起额外的力矩。而按应变能最小的原则方法复杂。

发明内容

本发明目的：为保证载荷作用点等效，且简便易行，提出一种气动载荷分配方法。

一种气动载荷分配方法，已知单元内的气动载荷和载荷作用点坐标对于三角形有限元单元通过下述步骤分配气动载荷：

步骤一：计算得到三角形有限元单元的节点形心O，将气动载荷等效至单元形心，得到单元形心上的作用力和作用力矩

步骤二：将平均分配至三个有限元节点，得到三个有限元节点上的第一节点力，记为

步骤三：将分解为垂直于单元平面的力矩和平行于单元平面的力矩

步骤四：计算在三个有限元节点上产生的第二节点力；

步骤五：计算在三个有限元节点上产生的第三节点力；

步骤六：将三个有限元节点的三个节点力各自叠加得到三个节点各自的总载荷。

进一步，所述步骤四中第二节点力大小为式中r_i为各个节点到形心O的距离，载荷方向与一致，式中为三角形有限元单元的法向单位向量，为从形心指向各节点的单位向量。

进一步，三角形有限元单元三个顶点分别为A、B、C；

所述步骤五中，将平行于单元平面的力矩分解为垂直于边AB的力矩和垂直于边AC的力矩由A节点上的第三节点力和B节点上的第三节点力平衡，由A节点上的第三节点力和C节点上的第三节点力平衡。

进一步，由A节点上的第三节点力和B节点上的第三节点力平衡，式中d_AB为节点AB的距离。

进一步，由A节点上的第三节点力和C节点上的第三节点力平衡，式中d_AC为节点AC的距离。

进一步，A节点上的总载荷为

进一步，B节点上的总载荷为

进一步，C节点上的总载荷为

进一步，对于四边形有限元单元，四边形四个节点分别为D、E、F、G；将四边形有限元单元划分为四个三角形有限元单元DEF、DEG、DFG、EFG；将四边形有限元单元内的气动载荷平均分配至四个三角形有限元单元，按照三角形有限元单元进行气动载荷分配得到各个节点在四个三角形有限元单元内的节点力，将各节点在四个三角形有限元单元内的节点力叠加得到各节点的总载荷。

有益效果