[发明专利]一种基于阵型叠加法的飞行器翼肋动力学确定方法

摘要

一种基于阵型叠加法的飞行器翼肋动力学确定方法，包括步骤：导入飞行器翼肋初始几何模型与动力载荷；将翼肋的几何模型化为有限元模型；初始化有限元模型需优化部分的各个单元的伪密度值；将赋予伪密度值的翼肋有限元模型整体代人求解器中进行模态分析；基于模态分析结果采用阵型叠加法进行翼肋动力响应的近似求解；基于动力分析结果求解翼肋的变形能，采用的纽曼展开差分方法求解变形能和约束对伪密度值的灵敏度；将这些值传递给优化器，得到更新值后的伪密度值；如果满足收敛准则，停止迭代否则返回到有限元求解部分；生成翼肋最终的动力学设计方案。本发明在考虑动力学的工况条件下，降低了飞行器质量，提高了飞行器性能。

主权项

一种基于阵型叠加法的飞行器翼肋动力学确定方法，其特征在于实现步骤如下：（1）导入飞行器翼肋初始几何模型或有限元模型，以及飞行条件下的周期激励动力载荷；（2）将飞行器翼肋的初始几何模型离散为由有限元单元组成的有限元模型，如果已有有限元模型则直接进行下一步；（3）确定飞行器翼肋结构中需要拓扑优化的部分，赋予所述步骤（1）中有限元模型中的有限元单元不同属性以区分需进行拓扑优化部分及不需要进行优化部分，再初始化飞行器翼肋有限元模型中需要进行优化部分的各个单元的伪密度值ρn，n为需要进行优化部分有限元单元编号，所述伪密度值ρn为0到1间连续的数值，0代表此处单元为空，1代表此处有单元，其它数值代表中间状态；（4）基于伪密度值对有限元模型中需进行优化部分的有限元单元的刚度矩阵进行插值：kn＝ρnmkn0m＞1，其中n为需要进行优化部分有限元单元编号，m为惩罚因子，kn0为实体材料单元刚度矩阵,不需要优化部分的有限元单元为实体，单元刚度矩阵保持不变；然后将基于伪密度值插值的飞行器翼肋有限元模型整体代入有限元求解器中进行模态分析，同时避免数值模态的发生有限元分析时不考虑的低伪密度值单元，只考虑高伪密度值单元，得到飞行器翼肋阵型与圆频率，当伪密度值大于0.1定义为高伪密度值，伪密度值不大于0.1定义为低伪密度值；（5）基于步骤（4）模态分析得到的飞行器翼肋阵型与圆频率与飞行条件下的周期激励动力载荷，采用阵型叠加法进行飞行器翼肋动力响应的近似求解；（6）利用步骤（5）得到的飞行器翼肋的动力学的响应，来求解飞行器翼肋在动力载荷下的设计目标，即飞行器翼肋的变形能、约束函数的值；（7）进行飞行器翼肋优化过程中需要灵敏度信息，采用纽曼展开差分方法求解步骤（6）中变形能对伪密度值的灵敏度，以及约束函数的灵敏度，同时低伪密度值单元的灵敏度由周围高伪密度值单元插值得到；当伪密度值大于0.1定义为高伪密度值，伪密度值不大于0.1定义为低伪密度值；（8）将步骤（7）计算得到的飞行器翼肋的变性能，约束函数的值以及灵敏度传递给优化器，以变性能最小为优化目标得到更新的伪密度值；（9）判断更新后得到的有限单元的当前伪密度值与前一次更新前的有限单元的伪密度 值之间的差异，如果所有有限单元的伪密度值都小于设定的小量，则停止计算转到步骤（10），否则返回到步骤（4）继续进行飞行器翼肋的动力学更新设计；（10）设定阈值，伪密度值大于此阈值为实体，伪密度值小于阈值为空洞，将得到的拓扑结构的有限元模型导回为几何模型，确定飞行器翼肋最终的动力学方案。