工程結(jié)構(gòu)分析軟件應(yīng)用2patran

1、工程結(jié)構(gòu)分析軟件應(yīng)用工程結(jié)構(gòu)分析軟件應(yīng)用飛機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)研究所飛機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)研究所金海波金海波2航空結(jié)構(gòu)有限元分析的簡化方法航空結(jié)構(gòu)有限元分析的簡化方法有限元模型建模的基本要求有限元模型建模的基本要求 航空結(jié)構(gòu)受力分析航空結(jié)構(gòu)受力分析 真實(shí)結(jié)構(gòu)與模型的離散化真實(shí)結(jié)構(gòu)與模型的離散化邊界條件邊界條件 處理處理載荷模型與節(jié)點(diǎn)載荷載荷模型與節(jié)點(diǎn)載荷3有限元模型建模的基本要求有限元模型建模的基本要求 4航空組合結(jié)構(gòu)建模的具體要求航空組合結(jié)構(gòu)建模的具體要求5航空結(jié)構(gòu)受力分析航空結(jié)構(gòu)受力分析6翼面結(jié)構(gòu)受力分析翼面結(jié)構(gòu)受力分析7機(jī)身結(jié)構(gòu)受力分析機(jī)身結(jié)構(gòu)受力分析8起落架結(jié)構(gòu)受力分析起落架結(jié)構(gòu)受力分析9操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受力

2、分析操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受力分析10飛機(jī)局部受力結(jié)構(gòu)飛機(jī)局部受力結(jié)構(gòu)11真實(shí)結(jié)構(gòu)與模型的離散化真實(shí)結(jié)構(gòu)與模型的離散化力學(xué)模型的有限元近似力學(xué)模型的有限元近似 模型的離散化模型的離散化幾何近似、曲線與曲面的逼近幾何近似、曲線與曲面的逼近 網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分 12力學(xué)模型的有限元近似力學(xué)模型的有限元近似 飛機(jī)組合結(jié)構(gòu)主要是：飛機(jī)組合結(jié)構(gòu)主要是：薄壁結(jié)構(gòu)薄壁結(jié)構(gòu)桿系結(jié)構(gòu)桿系結(jié)構(gòu)板殼結(jié)構(gòu)板殼結(jié)構(gòu)釘連結(jié)構(gòu)釘連結(jié)構(gòu)二、三維連續(xù)體結(jié)構(gòu)二、三維連續(xù)體結(jié)構(gòu) 薄壁結(jié)構(gòu)力學(xué)薄壁結(jié)構(gòu)力學(xué)桿系結(jié)構(gòu)力學(xué)桿系結(jié)構(gòu)力學(xué)板殼理論板殼理論連續(xù)介質(zhì)力學(xué)連續(xù)介質(zhì)力學(xué) 13航空結(jié)構(gòu)有限元模型的重要特點(diǎn)航空結(jié)構(gòu)有限元模型的重要特點(diǎn) 復(fù)雜性復(fù)雜性

3、既包括自然離散化類型的結(jié)構(gòu)，又包括復(fù)既包括自然離散化類型的結(jié)構(gòu)，又包括復(fù)雜的二維、三維連續(xù)體有限元模型，在雜的二維、三維連續(xù)體有限元模型，在細(xì)微部分分析時(shí)，還需要釘元，含裂紋細(xì)微部分分析時(shí)，還需要釘元，含裂紋元等特殊元素元等特殊元素 對精度的高要求對精度的高要求 對航空結(jié)構(gòu)有限元模型來說，它對精度的對航空結(jié)構(gòu)有限元模型來說，它對精度的要求要比一般結(jié)構(gòu)有限元模型高得多，要求要比一般結(jié)構(gòu)有限元模型高得多，需要我們更為審慎地考慮建模中的各種需要我們更為審慎地考慮建模中的各種問題問題 14模型的離散化模型的離散化1有限元模型應(yīng)滿足平衡條件有限元模型應(yīng)滿足平衡條件 變形協(xié)調(diào)條件變形協(xié)調(diào)條件 滿足邊界條件

4、（包括整個(gè)結(jié)構(gòu)邊界條件及滿足邊界條件（包括整個(gè)結(jié)構(gòu)邊界條件及元素間的邊界條件）和材料的本構(gòu)關(guān)系元素間的邊界條件）和材料的本構(gòu)關(guān)系 剛度等價(jià)原則剛度等價(jià)原則 所取元素能反映結(jié)構(gòu)構(gòu)件的傳力特點(diǎn)所取元素能反映結(jié)構(gòu)構(gòu)件的傳力特點(diǎn) 應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)力分布情況、元素性應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)力分布情況、元素性質(zhì)、精度要求及計(jì)算量大小等仔細(xì)劃分計(jì)質(zhì)、精度要求及計(jì)算量大小等仔細(xì)劃分計(jì)算網(wǎng)格算網(wǎng)格 15模型的離散化模型的離散化2在幾何上要盡可能地逼近真實(shí)的結(jié)構(gòu)體，在幾何上要盡可能地逼近真實(shí)的結(jié)構(gòu)體，其中特別要注意曲線與曲面的逼近問題其中特別要注意曲線與曲面的逼近問題仔細(xì)處理載荷模型，正確生成節(jié)點(diǎn)力，仔細(xì)處理載荷模型

5、，正確生成節(jié)點(diǎn)力，同時(shí)載荷的簡化不應(yīng)跨越主要受力構(gòu)件同時(shí)載荷的簡化不應(yīng)跨越主要受力構(gòu)件 當(dāng)量阻尼折算應(yīng)符合能量等價(jià)要求當(dāng)量阻尼折算應(yīng)符合能量等價(jià)要求 質(zhì)量的堆聚應(yīng)滿足質(zhì)量質(zhì)心、質(zhì)心矩及質(zhì)量的堆聚應(yīng)滿足質(zhì)量質(zhì)心、質(zhì)心矩及慣性矩等效要求慣性矩等效要求 16幾何近似、曲線與曲面的逼近幾何近似、曲線與曲面的逼近1718網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分1在劃分元素時(shí)，就整體來說，元素的大在劃分元素時(shí)，就整體來說，元素的大小要據(jù)工程上的精度要求和所用計(jì)算機(jī)小要據(jù)工程上的精度要求和所用計(jì)算機(jī)的速度及容量來決定的速度及容量來決定 元素劃分時(shí)，應(yīng)據(jù)部位的重要性以及應(yīng)元素劃分時(shí)，應(yīng)據(jù)部位的重要性以及應(yīng)力、位移變化劇烈與否來決定，

6、重要部力、位移變化劇烈與否來決定，重要部位以及應(yīng)力變化劇烈部位，元素應(yīng)劃得位以及應(yīng)力變化劇烈部位，元素應(yīng)劃得較小，反之則疏較小，反之則疏 元素劃分時(shí)應(yīng)盡量利用對稱性來減少計(jì)元素劃分時(shí)應(yīng)盡量利用對稱性來減少計(jì)算量算量 19網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分2若計(jì)算對象厚度有突變，除了應(yīng)將這種部位若計(jì)算對象厚度有突變，除了應(yīng)將這種部位元素取得較小外，還應(yīng)將突變線作為元素的元素取得較小外，還應(yīng)將突變線作為元素的分界線分界線 若計(jì)算對象受有集度突變的分布載荷，應(yīng)當(dāng)若計(jì)算對象受有集度突變的分布載荷，應(yīng)當(dāng)把這種部位的元素取得小一些，并在載荷突把這種部位的元素取得小一些，并在載荷突變或集中載荷作用之處布置節(jié)點(diǎn)，以使應(yīng)力變或集

7、中載荷作用之處布置節(jié)點(diǎn)，以使應(yīng)力的突變得到一定程度的反映的突變得到一定程度的反映 應(yīng)盡可能使每個(gè)元素角度不能太尖應(yīng)盡可能使每個(gè)元素角度不能太尖 三角形元素三個(gè)頂角要盡量保持在三角形元素三個(gè)頂角要盡量保持在60附近附近 20邊界條件邊界條件靜力分析時(shí)要消除結(jié)構(gòu)的全部剛體位移靜力分析時(shí)要消除結(jié)構(gòu)的全部剛體位移 分析部分結(jié)構(gòu)時(shí)邊界條件的引入分析部分結(jié)構(gòu)時(shí)邊界條件的引入對于幾何線性問題，要消除瞬時(shí)可變自對于幾何線性問題，要消除瞬時(shí)可變自由度由度 在結(jié)構(gòu)的零剛度方向直接施加約束在結(jié)構(gòu)的零剛度方向直接施加約束 增加虛元，補(bǔ)充零剛度增加虛元，補(bǔ)充零剛度 指定位移約束的應(yīng)用指定位移約束的應(yīng)用對稱條件和主從自由

8、度對稱條件和主從自由度 21航空結(jié)構(gòu)有限元建模技術(shù)航空結(jié)構(gòu)有限元建模技術(shù) 有限元節(jié)點(diǎn)有限元節(jié)點(diǎn) 有限單元有限單元 結(jié)構(gòu)的約束結(jié)構(gòu)的約束 結(jié)構(gòu)載荷的施加結(jié)構(gòu)載荷的施加 22節(jié)點(diǎn)編號(hào)節(jié)點(diǎn)編號(hào)假設(shè)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的編號(hào)用一個(gè)假設(shè)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的編號(hào)用一個(gè)6位數(shù)的整型數(shù)來位數(shù)的整型數(shù)來表示為表示為LM1M2NK1K2式中：式中：L代表飛機(jī)部件號(hào)，比如代表飛機(jī)部件號(hào)，比如L=0和和1表示機(jī)表示機(jī)身，身，L=2，3，分別表示左右機(jī)翼等；，分別表示左右機(jī)翼等；M1M2為為一個(gè)兩位數(shù)，表示隔框或翼肋編號(hào)；一個(gè)兩位數(shù)，表示隔框或翼肋編號(hào)；N為一位為一位數(shù)，表示節(jié)點(diǎn)在部件剖面中的位置，比如數(shù)，表示節(jié)點(diǎn)在部件剖面中的位置，比如0

9、4表示在左側(cè)（機(jī)身）或上側(cè)（機(jī)翼），表示在左側(cè)（機(jī)身）或上側(cè)（機(jī)翼），5一一9則則表示在右側(cè)或下側(cè)等；表示在右側(cè)或下側(cè)等；K1K2為一個(gè)兩位數(shù)，表為一個(gè)兩位數(shù)，表示通過該點(diǎn)的長桁編號(hào)。示通過該點(diǎn)的長桁編號(hào)。23這樣約定時(shí)，當(dāng)看到這個(gè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)即能對這樣約定時(shí)，當(dāng)看到這個(gè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)即能對它的位置十分清楚而無需再查閱節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)它的位置十分清楚而無需再查閱節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)或模型圖冊等其他資料，這就給檢查數(shù)據(jù)或模型圖冊等其他資料，這就給檢查數(shù)據(jù)和分析結(jié)果帶來許多方便。和分析結(jié)果帶來許多方便。在程序輸出的計(jì)算結(jié)果中，通常只給出節(jié)在程序輸出的計(jì)算結(jié)果中，通常只給出節(jié)點(diǎn)號(hào)或元素號(hào)。分析結(jié)果時(shí)用戶經(jīng)常要為點(diǎn)號(hào)或元素號(hào)。分析

10、結(jié)果時(shí)用戶經(jīng)常要為確定節(jié)點(diǎn)和元素的位置而返回去查閱原始確定節(jié)點(diǎn)和元素的位置而返回去查閱原始數(shù)據(jù)和模型圖冊等夕造成了許多不便，上數(shù)據(jù)和模型圖冊等夕造成了許多不便，上述編號(hào)方法從根本上解決了這一困難。當(dāng)述編號(hào)方法從根本上解決了這一困難。當(dāng)然，我們只是給出了這樣一個(gè)思路，具體然，我們只是給出了這樣一個(gè)思路，具體的細(xì)則各用戶可以自己設(shè)計(jì)。的細(xì)則各用戶可以自己設(shè)計(jì)。24節(jié)點(diǎn)約束節(jié)點(diǎn)約束 所分析的結(jié)構(gòu)對該點(diǎn)的某自由度可以提所分析的結(jié)構(gòu)對該點(diǎn)的某自由度可以提供剛度，但該自由度的變形受到邊界供剛度，但該自由度的變形受到邊界（所分析結(jié)構(gòu)以外的其他結(jié)構(gòu)）的約束；（所分析結(jié)構(gòu)以外的其他結(jié)構(gòu)）的約束；所分析的結(jié)構(gòu)根本

11、就不對該點(diǎn)某自由度所分析的結(jié)構(gòu)根本就不對該點(diǎn)某自由度提供剛度（或僅提供十分微小的剛度），提供剛度（或僅提供十分微小的剛度），要求把這個(gè)自由度從求解方程中去掉。要求把這個(gè)自由度從求解方程中去掉。2526斜約束斜約束 節(jié)點(diǎn)受到的約束與坐標(biāo)系中的任一個(gè)軸節(jié)點(diǎn)受到的約束與坐標(biāo)系中的任一個(gè)軸都不一致，這時(shí)有幾種不同的處理方法。都不一致，這時(shí)有幾種不同的處理方法。多點(diǎn)約束方法多點(diǎn)約束方法定義坐標(biāo)系方法，當(dāng)模型中某些點(diǎn)上結(jié)定義坐標(biāo)系方法，當(dāng)模型中某些點(diǎn)上結(jié)構(gòu)不能提供剛度的方向?yàn)樾狈较驎r(shí)，也構(gòu)不能提供剛度的方向?yàn)樾狈较驎r(shí)，也可按這個(gè)方法處理可按這個(gè)方法處理 2728節(jié)點(diǎn)自動(dòng)約束節(jié)點(diǎn)自動(dòng)約束 NASTRAN軟件

12、對那些結(jié)構(gòu)根本就不提軟件對那些結(jié)構(gòu)根本就不提供剛度（或者只提供十分微小剛度）的供剛度（或者只提供十分微小剛度）的自由度通過程序?qū)嵭凶詣?dòng)約束的手段自由度通過程序?qū)嵭凶詣?dòng)約束的手段 AUTOSPC（缺省值（缺省值=NO） EPPRT（缺省值（缺省值=10-8） EPZERO（缺省值（缺省值=10-8） PRGPST（缺省值（缺省值=YES) SPCGEN（缺省值（缺省值= 0)29有限單元有限單元 有限數(shù)目的各種不同元素通過節(jié)點(diǎn)與其相鄰的元有限數(shù)目的各種不同元素通過節(jié)點(diǎn)與其相鄰的元素相連構(gòu)成一個(gè)離散元素的組合體來近似地模素相連構(gòu)成一個(gè)離散元素的組合體來近似地模擬實(shí)際的連續(xù)體結(jié)構(gòu)。元素本身受力平衡；

13、元擬實(shí)際的連續(xù)體結(jié)構(gòu)。元素本身受力平衡；元素之間的連接點(diǎn)上位移相同，因而相鄰元素在素之間的連接點(diǎn)上位移相同，因而相鄰元素在連接點(diǎn)上變形協(xié)調(diào)；如果元素選擇合理，那么連接點(diǎn)上變形協(xié)調(diào)；如果元素選擇合理，那么相鄰元素邊界上的變形也可能是協(xié)調(diào)的；使這相鄰元素邊界上的變形也可能是協(xié)調(diào)的；使這個(gè)離散元素的組合體符合給定的邊界條件，求個(gè)離散元素的組合體符合給定的邊界條件，求解得到的變形和應(yīng)力就近似地認(rèn)為是實(shí)際工程解得到的變形和應(yīng)力就近似地認(rèn)為是實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中的變形和應(yīng)力分布。所以元素是有限元結(jié)構(gòu)中的變形和應(yīng)力分布。所以元素是有限元模型的基礎(chǔ)，元素選取得當(dāng)與否直接影響分析模型的基礎(chǔ)，元素選取得當(dāng)與否直接影響分

14、析結(jié)果的精確性和可信度結(jié)果的精確性和可信度 30元素類型元素類型 桿元桿元 有等剖面桿、變剖面桿以及可以受扭的桿有等剖面桿、變剖面桿以及可以受扭的桿梁元梁元 有直梁、曲梁、形心與剪心重合的梁、形有直梁、曲梁、形心與剪心重合的梁、形心與剪心不重合的梁、等剖面梁、變剖面梁以心與剪心不重合的梁、等剖面梁、變剖面梁以及各種不同受力邊界的梁等及各種不同受力邊界的梁等剪力板元剪力板元 僅承受面內(nèi)剪切的四邊形板。僅承受面內(nèi)剪切的四邊形板。四邊形板元四邊形板元 可以承受正應(yīng)力、剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)可以承受正應(yīng)力、剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的四邊形板，有四節(jié)點(diǎn)元和八節(jié)點(diǎn)元等。力的四邊形板，有四節(jié)點(diǎn)元和八節(jié)點(diǎn)元等。三角形板元三角

15、形板元 可以承受正應(yīng)力、剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)可以承受正應(yīng)力、剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的三角形板，有三節(jié)點(diǎn)元和六節(jié)點(diǎn)元等。力的三角形板，有三節(jié)點(diǎn)元和六節(jié)點(diǎn)元等。體元體元 有四面體、五面體和六面體等不同的元素有四面體、五面體和六面體等不同的元素彈簧元彈簧元 對給定的自由度施加一定剛度的元素對給定的自由度施加一定剛度的元素 31元素的選取元素的選取 元素應(yīng)該能正確地反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的幾何形狀、元素應(yīng)該能正確地反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的幾何形狀、剛度特性和受力特點(diǎn)剛度特性和受力特點(diǎn)元素間的連接要正確地反映結(jié)構(gòu)的傳力路線元素間的連接要正確地反映結(jié)構(gòu)的傳力路線所取元素的多少要既能滿足所期望的分析要求所取元素的多少要既能滿足所期望的分析

16、要求又能保證在所使用的軟硬件環(huán)境下以合適的費(fèi)又能保證在所使用的軟硬件環(huán)境下以合適的費(fèi)用完成計(jì)算用完成計(jì)算對于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，必須具有一定的經(jīng)驗(yàn)和反對于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，必須具有一定的經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)地進(jìn)行模型修改才能取得比較滿意的效果。復(fù)地進(jìn)行模型修改才能取得比較滿意的效果。 32桿元桿元 薄壁組合結(jié)構(gòu)中的加筋件常簡化為僅受拉壓的薄壁組合結(jié)構(gòu)中的加筋件常簡化為僅受拉壓的桿元桿元;飛機(jī)結(jié)構(gòu)中使用桿元的地方最多。比如機(jī)身上飛機(jī)結(jié)構(gòu)中使用桿元的地方最多。比如機(jī)身上的長桁、隔框中的橫豎加筋；機(jī)翼尾翼中的長的長桁、隔框中的橫豎加筋；機(jī)翼尾翼中的長桁，縱梁和翼肋中的突緣；桁，縱梁和翼肋中的突緣；薄壁組合型梁中的縱向型

17、材和橫向支柱等都取薄壁組合型梁中的縱向型材和橫向支柱等都取為桿元為桿元;其他用于空間桁架中兩端鉸接的結(jié)構(gòu)，比如某其他用于空間桁架中兩端鉸接的結(jié)構(gòu)，比如某些起落架上部的支架系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)某些支桿、些起落架上部的支架系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)某些支桿、操縱系統(tǒng)拉桿等也都簡化為桿元素。操縱系統(tǒng)拉桿等也都簡化為桿元素。33梁元梁元 薄壁組合結(jié)構(gòu)的加筋件，當(dāng)它們的抗彎曲功薄壁組合結(jié)構(gòu)的加筋件，當(dāng)它們的抗彎曲功能不可忽略時(shí)都簡化為梁元能不可忽略時(shí)都簡化為梁元;比如機(jī)身中的隔框框緣，其主要功能之一在比如機(jī)身中的隔框框緣，其主要功能之一在于維持機(jī)身橫切面形狀，它的抗彎能力是主于維持機(jī)身橫切面形狀，它的抗彎能力是主要受力特性之

18、一，必須取為梁元要受力特性之一，必須取為梁元;某些口框的結(jié)構(gòu)是由一些桿板等組合而成的，某些口框的結(jié)構(gòu)是由一些桿板等組合而成的，有時(shí)為了計(jì)算方便起見也把組合剖面取為一有時(shí)為了計(jì)算方便起見也把組合剖面取為一個(gè)梁元件個(gè)梁元件;34受氣密壓力作用的一些結(jié)構(gòu)，氣密受氣密壓力作用的一些結(jié)構(gòu)，氣密端框上的加筋件等都取為梁元。端框上的加筋件等都取為梁元?？蜋C(jī)客艙地板中的縱梁橫梁，客艙客機(jī)客艙地板中的縱梁橫梁，客艙窗戶中的窗框取為梁元?？臻g受力窗戶中的窗框取為梁元?？臻g受力骨架中的結(jié)構(gòu)當(dāng)其連接點(diǎn)能傳遞彎骨架中的結(jié)構(gòu)當(dāng)其連接點(diǎn)能傳遞彎矩時(shí)也取為梁元。矩時(shí)也取為梁元。35四邊形板元素四邊形板元素 板元可以承受板平面

19、內(nèi)的薄膜力（拉壓板元可以承受板平面內(nèi)的薄膜力（拉壓力和剪切力），還可以承受垂直板平面力和剪切力），還可以承受垂直板平面的剪切載荷以及向量位于板平面內(nèi)兩個(gè)的剪切載荷以及向量位于板平面內(nèi)兩個(gè)互相垂直方向上的彎矩載荷互相垂直方向上的彎矩載荷 但對航空結(jié)構(gòu)中大量存在的是薄壁加筋但對航空結(jié)構(gòu)中大量存在的是薄壁加筋結(jié)構(gòu)一般都略去板的承彎能力只作為膜結(jié)構(gòu)一般都略去板的承彎能力只作為膜元使用。元使用。 對于沒有加筋的純板結(jié)構(gòu)或厚板結(jié)構(gòu)還對于沒有加筋的純板結(jié)構(gòu)或厚板結(jié)構(gòu)還按彎曲板對待按彎曲板對待36四邊形剪力板四邊形剪力板 當(dāng)板被簡化為膜元或彎曲元素后，使用算得的當(dāng)板被簡化為膜元或彎曲元素后，使用算得的應(yīng)力分布

20、進(jìn)行板的強(qiáng)度校核時(shí)十分復(fù)雜應(yīng)力分布進(jìn)行板的強(qiáng)度校核時(shí)十分復(fù)雜 ；設(shè)想在有限元應(yīng)力分析中采取一些措施，從而設(shè)想在有限元應(yīng)力分析中采取一些措施，從而使后繼的強(qiáng)度校核變得容易一些。剪力板就這使后繼的強(qiáng)度校核變得容易一些。剪力板就這樣出現(xiàn)了樣出現(xiàn)了模型簡化措施模型簡化措施 把膜元的板平面中兩個(gè)相垂直把膜元的板平面中兩個(gè)相垂直方向上承受拉壓載荷的能力從板中去掉分別折方向上承受拉壓載荷的能力從板中去掉分別折算成這兩個(gè)方向上與板相連的桿（或梁）元的算成這兩個(gè)方向上與板相連的桿（或梁）元的承拉壓面積并累加到相應(yīng)的元素剛度之中承拉壓面積并累加到相應(yīng)的元素剛度之中 37四邊形剪力板的不足四邊形剪力板的不足很難在沒

21、有求得應(yīng)力分布的情況下確定很難在沒有求得應(yīng)力分布的情況下確定迭加到兩個(gè)方向的桿（或梁）元上的等迭加到兩個(gè)方向的桿（或梁）元上的等效拉壓面積效拉壓面積 板構(gòu)件在平面受力狀態(tài)時(shí)兩個(gè)方向的受板構(gòu)件在平面受力狀態(tài)時(shí)兩個(gè)方向的受力是彼此相關(guān)的，簡化為剪力板后取消力是彼此相關(guān)的，簡化為剪力板后取消了這種相關(guān)性，有時(shí)會(huì)引起嚴(yán)重誤差了這種相關(guān)性，有時(shí)會(huì)引起嚴(yán)重誤差 強(qiáng)度校核只按剪應(yīng)力計(jì)算會(huì)使某些部位強(qiáng)度校核只按剪應(yīng)力計(jì)算會(huì)使某些部位的強(qiáng)度結(jié)論偏于危險(xiǎn)的強(qiáng)度結(jié)論偏于危險(xiǎn) 38彈性元彈性元 彈性元的作用是在兩個(gè)自由度之間加入彈性元的作用是在兩個(gè)自由度之間加入一個(gè)具有指定剛度值的彈性連接。這兩一個(gè)具有指定剛度值的彈

22、性連接。這兩個(gè)自由度可以是同一節(jié)點(diǎn)上的兩個(gè)不同個(gè)自由度可以是同一節(jié)點(diǎn)上的兩個(gè)不同自由度，也可以是兩個(gè)不同節(jié)點(diǎn)中各一自由度，也可以是兩個(gè)不同節(jié)點(diǎn)中各一個(gè)自由度。個(gè)自由度。 模擬外部的大剛度約束模擬外部的大剛度約束3940元素選取的一些特殊方法元素選取的一些特殊方法 虛擬桿元素虛擬桿元素 虛擬梁元素虛擬梁元素 虛擬彈性元虛擬彈性元 剛體元的特殊用法剛體元的特殊用法 4142434445元素邊界約束的釋放元素邊界約束的釋放 當(dāng)一個(gè)元素與其他元素或外界約束相連當(dāng)一個(gè)元素與其他元素或外界約束相連而它在某方向上又能提供剛度時(shí)，它的而它在某方向上又能提供剛度時(shí)，它的邊界就受到了約束，從而在該方向上受邊界就受

23、到了約束，從而在該方向上受到其他元素或外界約束的反力作用。然到其他元素或外界約束的反力作用。然而有時(shí)實(shí)際結(jié)構(gòu)卻不能承受這種反力，而有時(shí)實(shí)際結(jié)構(gòu)卻不能承受這種反力，這時(shí)計(jì)算模型中就必須將這個(gè)單元該自這時(shí)計(jì)算模型中就必須將這個(gè)單元該自由度的約束釋放以保證傳力路線的正確。由度的約束釋放以保證傳力路線的正確。4647元素的偏心元素的偏心 48偏心元選取判斷標(biāo)準(zhǔn)偏心元選取判斷標(biāo)準(zhǔn)首先分析所簡化的結(jié)構(gòu)件在整個(gè)結(jié)構(gòu)中首先分析所簡化的結(jié)構(gòu)件在整個(gè)結(jié)構(gòu)中的主要承載功能的主要承載功能 依據(jù)上面的分析畫出所分析構(gòu)件的受力依據(jù)上面的分析畫出所分析構(gòu)件的受力剖面圖剖面圖 ，對照具有偏心時(shí)的抗彎慣性矩，對照具有偏心時(shí)的抗

24、彎慣性矩和簡化后的慣性矩，估算其誤差值。和簡化后的慣性矩，估算其誤差值。 4950局部結(jié)構(gòu)幾何可變性的消除局部結(jié)構(gòu)幾何可變性的消除 在實(shí)際建立有限元模型的過程中，往往在實(shí)際建立有限元模型的過程中，往往會(huì)遇到另一類奇異性間題，就是把總模會(huì)遇到另一類奇異性間題，就是把總模型中某一部分作為一個(gè)受力結(jié)構(gòu)而言，型中某一部分作為一個(gè)受力結(jié)構(gòu)而言，其剛體位移未得到足夠的約束因而不能其剛體位移未得到足夠的約束因而不能承受一般載荷的作用，這種情況稱之為承受一般載荷的作用，這種情況稱之為局部結(jié)構(gòu)幾何可變性局部結(jié)構(gòu)幾何可變性 。515253載荷模型與節(jié)點(diǎn)載荷載荷模型與節(jié)點(diǎn)載荷氣動(dòng)力載荷氣動(dòng)力載荷 慣性力載荷慣性力載

25、荷 熱載荷熱載荷 54氣動(dòng)力載荷氣動(dòng)力載荷氣動(dòng)力網(wǎng)點(diǎn)上的氣動(dòng)力載荷列陣氣動(dòng)力網(wǎng)點(diǎn)上的氣動(dòng)力載荷列陣 有限元模型節(jié)點(diǎn)氣動(dòng)力載荷列陣有限元模型節(jié)點(diǎn)氣動(dòng)力載荷列陣 .55慣性力載荷慣性力載荷 質(zhì)量網(wǎng)點(diǎn)上的質(zhì)量列陣質(zhì)量網(wǎng)點(diǎn)上的質(zhì)量列陣 有限元模型節(jié)點(diǎn)慣性力列陣有限元模型節(jié)點(diǎn)慣性力列陣 節(jié)點(diǎn)質(zhì)量列陣節(jié)點(diǎn)質(zhì)量列陣 節(jié)點(diǎn)慣性力列陣節(jié)點(diǎn)慣性力列陣 質(zhì)量等效原則比靜力等效其條件更苛刻，質(zhì)量等效原則比靜力等效其條件更苛刻，即應(yīng)滿足質(zhì)量、質(zhì)心、慣矩、慣積等即應(yīng)滿足質(zhì)量、質(zhì)心、慣矩、慣積等6個(gè)個(gè)方程方程 56節(jié)點(diǎn)力生成中一個(gè)需注意的問題節(jié)點(diǎn)力生成中一個(gè)需注意的問題 5758機(jī)身結(jié)構(gòu)的有限元分析機(jī)身結(jié)構(gòu)的有限元分析 機(jī)

26、身蒙皮結(jié)構(gòu)分析機(jī)身蒙皮結(jié)構(gòu)分析 地板結(jié)構(gòu)的分析地板結(jié)構(gòu)的分析 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙結(jié)構(gòu)有限元分析飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙結(jié)構(gòu)有限元分析 飛機(jī)機(jī)身氣密艙有限元法分析飛機(jī)機(jī)身氣密艙有限元法分析 貨艙門應(yīng)力分析貨艙門應(yīng)力分析 舷窗結(jié)構(gòu)的分析舷窗結(jié)構(gòu)的分析 開口有限元分析開口有限元分析 59機(jī)身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)機(jī)身結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 薄壁式結(jié)構(gòu)，由長桁、蒙皮和隔框構(gòu)成主要受力構(gòu)件薄壁式結(jié)構(gòu)，由長桁、蒙皮和隔框構(gòu)成主要受力構(gòu)件 長桁有板彎和擠壓兩種型材，其剖面型式有角型、長桁有板彎和擠壓兩種型材，其剖面型式有角型、T型、型、I型、槽型、型、槽型、Z型及其它組合型材等型及其它組合型材等 ,隔框一般用隔框一般用Z型和型和帽型等帽型等 .蒙皮

27、除了承受全部剪力和扭矩外，還要不同程度地承蒙皮除了承受全部剪力和扭矩外，還要不同程度地承受軸力的作用。受軸力的作用。 普通框的作用是維持機(jī)身外形，支持機(jī)身長桁和蒙皮。普通框的作用是維持機(jī)身外形，支持機(jī)身長桁和蒙皮。 加強(qiáng)框除具有普通框的作用外，還要承受飛機(jī)其他部加強(qiáng)框除具有普通框的作用外，還要承受飛機(jī)其他部件、組件、貨載和設(shè)備等傳來的集中載荷。件、組件、貨載和設(shè)備等傳來的集中載荷。 大型民用飛機(jī)還有客艙地板、貨艙地板、氣密端框，大型民用飛機(jī)還有客艙地板、貨艙地板、氣密端框，客艙門、貨艙門、應(yīng)急艙門及各種設(shè)備艙開口等客艙門、貨艙門、應(yīng)急艙門及各種設(shè)備艙開口等 大型軍用飛機(jī)如轟炸機(jī)則有油箱，進(jìn)氣道

28、、炸彈艙及大型軍用飛機(jī)如轟炸機(jī)則有油箱，進(jìn)氣道、炸彈艙及各種設(shè)備艙開口等各種設(shè)備艙開口等 60機(jī)身計(jì)算載荷情況的選取機(jī)身計(jì)算載荷情況的選取 氣動(dòng)載荷：機(jī)動(dòng)載荷、突風(fēng)載荷、操縱面偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生氣動(dòng)載荷：機(jī)動(dòng)載荷、突風(fēng)載荷、操縱面偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣動(dòng)載荷。的氣動(dòng)載荷。慣性載荷：由于機(jī)身結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量，在各種加速運(yùn)慣性載荷：由于機(jī)身結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量，在各種加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下出現(xiàn)的慣性力。動(dòng)狀態(tài)下出現(xiàn)的慣性力。地面載荷：飛機(jī)在各種方式的地面滑行、起飛和著地面載荷：飛機(jī)在各種方式的地面滑行、起飛和著陸過程中出現(xiàn)的地面對飛機(jī)的反力，如各種起飛、陸過程中出現(xiàn)的地面對飛機(jī)的反力，如各種起飛、水平著陸、單輪著陸、強(qiáng)迫著陸、起轉(zhuǎn)、回彈

29、、地水平著陸、單輪著陸、強(qiáng)迫著陸、起轉(zhuǎn)、回彈、地面操縱、滑行、剎車、顛簸等。面操縱、滑行、剎車、顛簸等。動(dòng)力裝置載荷：推力、扭矩、陀螺力矩、進(jìn)氣道壓動(dòng)力裝置載荷：推力、扭矩、陀螺力矩、進(jìn)氣道壓力等。力等。其它載荷：牽引、頂起、增壓、鳥撞、墜撞等。其它載荷：牽引、頂起、增壓、鳥撞、墜撞等。61軍用飛機(jī)典型的限制載荷軍用飛機(jī)典型的限制載荷 62民用飛機(jī)典型的限制載荷民用飛機(jī)典型的限制載荷 63飛行情況的對稱載荷飛行情況的對稱載荷 64地面情況的對稱載荷地面情況的對稱載荷 65飛行情況的不對稱載荷飛行情況的不對稱載荷 66有限元分析載荷的施加有限元分析載荷的施加 現(xiàn)有的載荷計(jì)算過程是根據(jù)氣動(dòng)力分布和

30、質(zhì)量現(xiàn)有的載荷計(jì)算過程是根據(jù)氣動(dòng)力分布和質(zhì)量分布計(jì)算出機(jī)身各框站位的切面增量載荷，然分布計(jì)算出機(jī)身各框站位的切面增量載荷，然后將切面增量載荷等分或按剛度分配到機(jī)身各后將切面增量載荷等分或按剛度分配到機(jī)身各框站位的外圈長桁節(jié)點(diǎn)上，此結(jié)果過于粗糙，框站位的外圈長桁節(jié)點(diǎn)上，此結(jié)果過于粗糙，會(huì)造成較大的誤差。會(huì)造成較大的誤差。 用加載權(quán)系數(shù)法處理切面增量載荷用加載權(quán)系數(shù)法處理切面增量載荷 應(yīng)用剛體元處理切面等效載荷和集中載荷應(yīng)用剛體元處理切面等效載荷和集中載荷 切面等效載荷的處理切面等效載荷的處理 集中載荷處理集中載荷處理 氣密壓力載荷的處理氣密壓力載荷的處理 67機(jī)身蒙皮結(jié)構(gòu)有限元分析機(jī)身蒙皮結(jié)構(gòu)有

31、限元分析典型結(jié)構(gòu)傳力分析典型結(jié)構(gòu)傳力分析縱向構(gòu)件縱向構(gòu)件 長桁長桁 縱向大梁縱向大梁 蒙皮蒙皮橫向構(gòu)件橫向構(gòu)件 隔框隔框傳遞載荷傳遞載荷 彎矩彎矩 剪力剪力 扭矩扭矩 氣密壓力氣密壓力Fr.18Fr.26Fr. 54Fr.58Fr.72Fr.83Fr.92Fr.38Fr. 0Nose FuselageForward FuselageCenter FuselageAft FuselageRear Fuselage68機(jī)身總體結(jié)構(gòu)機(jī)身總體結(jié)構(gòu)697071網(wǎng)格劃分和有限單元的選取網(wǎng)格劃分和有限單元的選取在機(jī)身有限元應(yīng)力分析中，把機(jī)身的網(wǎng)在機(jī)身有限元應(yīng)力分析中，把機(jī)身的網(wǎng)格盡量取得與真實(shí)工程結(jié)構(gòu)一致，

32、即每格盡量取得與真實(shí)工程結(jié)構(gòu)一致，即每個(gè)加筋與加筋相交處都取為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，個(gè)加筋與加筋相交處都取為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在每個(gè)框所在處都取一個(gè)計(jì)算站位，框在每個(gè)框所在處都取一個(gè)計(jì)算站位，框與每根長桁相交處都取一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)。與每根長桁相交處都取一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)。 長桁取為梁元長桁取為梁元隔框外圈取為梁元，腹板取為殼元隔框外圈取為梁元，腹板取為殼元蒙皮取為殼元蒙皮取為殼元偏心梁元和偏心殼元偏心梁元和偏心殼元72地板結(jié)構(gòu)地板結(jié)構(gòu)737475Finished Holes forCrossbeam AttachmentSection A - AAAEntrance Areawithout hole pitches76Cu

33、tout Principle forSystem RoutingLightening HolesFinished Holes for Seat Rails AttachmentConcept details still under evaluation77787980載荷情況選取載荷情況選取 地板應(yīng)急著陸的極限慣性載荷系數(shù)地板應(yīng)急著陸的極限慣性載荷系數(shù) 81發(fā)動(dòng)機(jī)架結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)架結(jié)構(gòu)82飛機(jī)機(jī)身氣密艙有限元法分析飛機(jī)機(jī)身氣密艙有限元法分析 83結(jié)構(gòu)模型的簡化結(jié)構(gòu)模型的簡化 氣密艙壁的簡化氣密艙壁的簡化 氣密端框（或氣密地板）計(jì)算模型簡化氣密端框（或氣密地板）計(jì)算模型簡化 84機(jī)身蒙皮厚度分布機(jī)身

34、蒙皮厚度分布85機(jī)身蒙皮上簡化的梁機(jī)身蒙皮上簡化的梁86機(jī)身地板機(jī)身地板87機(jī)身的框機(jī)身的框88氣密載荷氣密載荷89邊界約束邊界約束90氣密艙壁計(jì)算實(shí)例氣密艙壁計(jì)算實(shí)例設(shè)一圓柱形氣密艙段，蒙皮厚度設(shè)一圓柱形氣密艙段，蒙皮厚度t=1.2mm，圓柱體半，圓柱體半徑徑R=500mm，縱向沿圓周均勻布置，縱向沿圓周均勻布置32根長桁，每根根長桁，每根長桁取型材長桁取型材XC113-8，橫向等間距布置，橫向等間距布置10個(gè)框個(gè)框 91模型簡化模型簡化當(dāng)當(dāng)L= 200mm時(shí)，因不需要考慮框?qū)んw的影時(shí)，因不需要考慮框?qū)んw的影響，長桁和框都受拉伸，因此可將蒙皮簡化為響，長桁和框都受拉伸，因此可將蒙皮簡化為

35、正應(yīng)力板元，框和長桁簡化為二力桿（也可以正應(yīng)力板元，框和長桁簡化為二力桿（也可以簡化為梁元，但計(jì)算的結(jié)果仍為二力桿結(jié)果）。簡化為梁元，但計(jì)算的結(jié)果仍為二力桿結(jié)果）。當(dāng)當(dāng)L= 500mm時(shí)，應(yīng)考慮框?qū)んw的影響，此時(shí)，應(yīng)考慮框?qū)んw的影響，此時(shí)蒙皮仍可簡化為正應(yīng)力板，框簡化為二力桿，時(shí)蒙皮仍可簡化為正應(yīng)力板，框簡化為二力桿，長桁簡化為空間無扭梁，考慮到蒙皮網(wǎng)格的長長桁簡化為空間無扭梁，考慮到蒙皮網(wǎng)格的長寬比不應(yīng)太大和計(jì)算的精確性，在兩框之間各寬比不應(yīng)太大和計(jì)算的精確性，在兩框之間各應(yīng)增加計(jì)算站位，將兩框之間的蒙皮網(wǎng)格劃分應(yīng)增加計(jì)算站位，將兩框之間的蒙皮網(wǎng)格劃分成八等分進(jìn)行計(jì)算。成八等分進(jìn)行計(jì)算。

36、 92計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果 蒙皮環(huán)蒙皮環(huán)向應(yīng)力向應(yīng)力蒙皮縱蒙皮縱向應(yīng)力向應(yīng)力框中應(yīng)框中應(yīng)力力長桁拉長桁拉伸應(yīng)力伸應(yīng)力長桁在框處長桁在框處彎距彎距/Nmm長桁彎長桁彎曲應(yīng)力曲應(yīng)力蒙皮彎曲蒙皮彎曲應(yīng)力應(yīng)力解析解解析解L=20022.9516.5717.468.92L=50042.5618.3414.614.771324066.39-9.51有限元解有限元解L=20022.8516.5717.368.83L=50042.1718.3414.514.221177059.04-8.4393計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果計(jì)算模型按框和長銜的實(shí)際結(jié)構(gòu)形成的蒙皮格子劃分網(wǎng)格計(jì)算模型按框和長銜的實(shí)際結(jié)構(gòu)形成的蒙皮格子劃分網(wǎng)格計(jì)算

37、模型在兩框之間增加一個(gè)計(jì)算站位劃分網(wǎng)格；計(jì)算模型在兩框之間增加一個(gè)計(jì)算站位劃分網(wǎng)格；計(jì)算模型在兩框之間均勻等距增加計(jì)算模型在兩框之間均勻等距增加3個(gè)計(jì)算站位劃分網(wǎng)格；個(gè)計(jì)算站位劃分網(wǎng)格；計(jì)算模型在兩框之間均勻等距增加計(jì)算模型在兩框之間均勻等距增加7個(gè)計(jì)算站位劃分網(wǎng)格個(gè)計(jì)算站位劃分網(wǎng)格 94氣密端框氣密端框95翼面結(jié)構(gòu)的有限元分析翼面結(jié)構(gòu)的有限元分析 多墻式機(jī)翼結(jié)構(gòu)有限元分析多墻式機(jī)翼結(jié)構(gòu)有限元分析 梁式機(jī)翼結(jié)構(gòu)有限元分析梁式機(jī)翼結(jié)構(gòu)有限元分析 飛機(jī)舵面結(jié)構(gòu)有限元分析飛機(jī)舵面結(jié)構(gòu)有限元分析 機(jī)身機(jī)翼對接區(qū)應(yīng)力分析機(jī)身機(jī)翼對接區(qū)應(yīng)力分析 飛機(jī)機(jī)翼主梁根部下緣條連接區(qū)細(xì)節(jié)有飛機(jī)機(jī)翼主梁根部下緣條連接

38、區(qū)細(xì)節(jié)有限元分析限元分析 全動(dòng)尾翼轉(zhuǎn)軸有限元分析全動(dòng)尾翼轉(zhuǎn)軸有限元分析 96多墻式機(jī)翼結(jié)構(gòu)有限元分析多墻式機(jī)翼結(jié)構(gòu)有限元分析97傳力路線分析傳力路線分析 機(jī)翼是飛機(jī)主要的升力面，它所承受的載荷主要由兩機(jī)翼是飛機(jī)主要的升力面，它所承受的載荷主要由兩部分組成：氣動(dòng)力和慣性力。部分組成：氣動(dòng)力和慣性力。彎矩主要由機(jī)翼的上、下壁板和梁、墻緣條來承受。彎矩主要由機(jī)翼的上、下壁板和梁、墻緣條來承受。在對稱受載情況下，彎矩傳到飛機(jī)對稱面處自相平衡在對稱受載情況下，彎矩傳到飛機(jī)對稱面處自相平衡了。非對稱受載情況下，彎矩由機(jī)翼與機(jī)身相連的兩了。非對稱受載情況下，彎矩由機(jī)翼與機(jī)身相連的兩側(cè)框接頭承受。側(cè)框接頭承受

39、。扭矩主要由機(jī)翼的上、下壁板和前、后梁圍成的盒段扭矩主要由機(jī)翼的上、下壁板和前、后梁圍成的盒段來承受。由機(jī)翼側(cè)邊五號(hào)肋匯集最終交給與五號(hào)肋相來承受。由機(jī)翼側(cè)邊五號(hào)肋匯集最終交給與五號(hào)肋相連的機(jī)身的連的機(jī)身的38框和框和48框?？?。剪力主要由梁、墻腹板承受，由五號(hào)肋匯集，最終交剪力主要由梁、墻腹板承受，由五號(hào)肋匯集，最終交到機(jī)身與機(jī)翼相連的框上。到機(jī)身與機(jī)翼相連的框上。油箱的增壓載荷主要由中央翼及中外翼前、后梁和各油箱的增壓載荷主要由中央翼及中外翼前、后梁和各端肋組成的密封盒段來承受。端肋組成的密封盒段來承受。從力學(xué)觀點(diǎn)來看該機(jī)翼的翼肋，對于中外翼和外翼而從力學(xué)觀點(diǎn)來看該機(jī)翼的翼肋，對于中外翼和

40、外翼而言主要為傳遞局部集中力（吊掛載荷）而設(shè)置，對中言主要為傳遞局部集中力（吊掛載荷）而設(shè)置，對中央翼來說主要是為了增強(qiáng)支持剛度而設(shè)置。央翼來說主要是為了增強(qiáng)支持剛度而設(shè)置。98有限單元模型有限單元模型99邊界條件邊界條件有限元模型的邊界條件的模擬其自的在于，消有限元模型的邊界條件的模擬其自的在于，消除那些對模型提供反力的節(jié)點(diǎn)上的有效自由度，除那些對模型提供反力的節(jié)點(diǎn)上的有效自由度，以保證支反力的真實(shí)并防止所分析結(jié)構(gòu)的剛體以保證支反力的真實(shí)并防止所分析結(jié)構(gòu)的剛體運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。 邊界條件是視分析對象而定的。邊界條件是視分析對象而定的。 它可以是：它可以是：（1）載荷（）載荷（a）集中力和力矩；（）

41、集中力和力矩；（b）分布線載荷；）分布線載荷；（c）表面的壓力。）表面的壓力。（2）一個(gè)節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)）一個(gè)節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)（3）一個(gè)元素的強(qiáng)迫變形）一個(gè)元素的強(qiáng)迫變形（4）約束）約束100載荷施加載荷施加結(jié)構(gòu)有限元分析中，該結(jié)構(gòu)所受的載荷由負(fù)責(zé)各種載結(jié)構(gòu)有限元分析中，該結(jié)構(gòu)所受的載荷由負(fù)責(zé)各種載荷計(jì)算的有關(guān)專業(yè)人員提供。將所提供的各種載荷離荷計(jì)算的有關(guān)專業(yè)人員提供。將所提供的各種載荷離散化為模型的節(jié)點(diǎn)載荷是結(jié)構(gòu)有限元分析人員的任務(wù)。散化為模型的節(jié)點(diǎn)載荷是結(jié)構(gòu)有限元分析人員的任務(wù)。對大型飛機(jī)而言，機(jī)翼翼展很長，在其載荷作用下，對大型飛機(jī)而言，機(jī)翼翼展很長，在其載荷作用下，翼尖相對于機(jī)翼根部的變形

42、較大。這種結(jié)構(gòu)總體變形翼尖相對于機(jī)翼根部的變形較大。這種結(jié)構(gòu)總體變形對其氣動(dòng)力沿機(jī)翼的展向和弦向的分布以及機(jī)翼外部對其氣動(dòng)力沿機(jī)翼的展向和弦向的分布以及機(jī)翼外部和內(nèi)部裝載的影響是不可忽略的。在載荷計(jì)算中應(yīng)給和內(nèi)部裝載的影響是不可忽略的。在載荷計(jì)算中應(yīng)給予考慮（指的是氣動(dòng)力和慣性力）。予考慮（指的是氣動(dòng)力和慣性力）。計(jì)算情況的選取應(yīng)視任務(wù)的性質(zhì)而定：靜強(qiáng)度分析時(shí)計(jì)算情況的選取應(yīng)視任務(wù)的性質(zhì)而定：靜強(qiáng)度分析時(shí)應(yīng)根據(jù)飛機(jī)規(guī)范和飛行包線的邊界點(diǎn)來選取計(jì)算情況。應(yīng)根據(jù)飛機(jī)規(guī)范和飛行包線的邊界點(diǎn)來選取計(jì)算情況。疲勞分析時(shí)應(yīng)根據(jù)飛機(jī)的飛行任務(wù)剖面截取載荷情況。疲勞分析時(shí)應(yīng)根據(jù)飛機(jī)的飛行任務(wù)剖面截取載荷情況。

43、動(dòng)力響應(yīng)分析時(shí)，應(yīng)視使用環(huán)境和有關(guān)規(guī)范規(guī)定選取動(dòng)力響應(yīng)分析時(shí)，應(yīng)視使用環(huán)境和有關(guān)規(guī)范規(guī)定選取載荷情況。載荷情況。101經(jīng)驗(yàn)體會(huì)建議教訓(xùn)經(jīng)驗(yàn)體會(huì)建議教訓(xùn) 多年使用有限元素法解題的實(shí)踐，深刻地體會(huì)到：有多年使用有限元素法解題的實(shí)踐，深刻地體會(huì)到：有限元素法只是一解題的方法，是由人使用的一種工具限元素法只是一解題的方法，是由人使用的一種工具和手段。和手段。所以從某種意義上講，有限元分析是一門非常藝術(shù)的所以從某種意義上講，有限元分析是一門非常藝術(shù)的科學(xué)?？茖W(xué)。要想運(yùn)用有限元素法求解復(fù)雜的工程題目并使其結(jié)果要想運(yùn)用有限元素法求解復(fù)雜的工程題目并使其結(jié)果更接近實(shí)際情況，首要的是建立一個(gè)符合實(shí)際的離散更接近

44、實(shí)際情況，首要的是建立一個(gè)符合實(shí)際的離散化模型，而符合實(shí)際的離散化模型的建立，需要具備化模型，而符合實(shí)際的離散化模型的建立，需要具備基本的工程力學(xué)知識(shí)和正確的工程判斷力?；镜墓こ塘W(xué)知識(shí)和正確的工程判斷力。我們常常強(qiáng)調(diào)一個(gè)力學(xué)人員要認(rèn)真消化結(jié)構(gòu)圖紙要忠我們常常強(qiáng)調(diào)一個(gè)力學(xué)人員要認(rèn)真消化結(jié)構(gòu)圖紙要忠實(shí)結(jié)構(gòu)圖紙，其含意并不是圖紙上有什么構(gòu)件均都要實(shí)結(jié)構(gòu)圖紙，其含意并不是圖紙上有什么構(gòu)件均都要反映到離散化模型上去，而是在于了解搞清結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)反映到離散化模型上去，而是在于了解搞清結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的載荷傳遞途徑，確認(rèn)所有載荷作用點(diǎn)和反力點(diǎn)，這的載荷傳遞途徑，確認(rèn)所有載荷作用點(diǎn)和反力點(diǎn)，這樣就可以大膽合并非主要受

45、力結(jié)構(gòu)，確保主要受力結(jié)樣就可以大膽合并非主要受力結(jié)構(gòu)，確保主要受力結(jié)構(gòu)，并根據(jù)受力分析去選擇對應(yīng)的元素類型，這也就構(gòu)，并根據(jù)受力分析去選擇對應(yīng)的元素類型，這也就是常說的在開始建立分析模型以前，需要有關(guān)結(jié)構(gòu)行是常說的在開始建立分析模型以前，需要有關(guān)結(jié)構(gòu)行為特性的工程判斷能力。為特性的工程判斷能力。102單元的選用和劃分應(yīng)注意的問題單元的選用和劃分應(yīng)注意的問題在可以使用其它元素時(shí)，不要使用在可以使用其它元素時(shí)，不要使用3節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)三角元素（三角板的剛度偏大）。三角元素（三角板的剛度偏大）。避免使用形狀畸變的元素，因?yàn)楫?dāng)元素避免使用形狀畸變的元素，因?yàn)楫?dāng)元素角點(diǎn)處的角度過小或過大時(shí)，元素精度角點(diǎn)處的角

46、度過小或過大時(shí)，元素精度會(huì)降低。會(huì)降低。在高應(yīng)力梯度區(qū)，板元的寬長比是一個(gè)在高應(yīng)力梯度區(qū)，板元的寬長比是一個(gè)問題，通常使用中控制在不小于問題，通常使用中控制在不小于1/4。當(dāng)。當(dāng)實(shí)際結(jié)構(gòu)出現(xiàn)板的寬長比小于實(shí)際結(jié)構(gòu)出現(xiàn)板的寬長比小于14的情的情況，可在離散化模型中適當(dāng)?shù)脑鲈O(shè)相應(yīng)況，可在離散化模型中適當(dāng)?shù)脑鲈O(shè)相應(yīng)的的“虛元虛元”。103虛元應(yīng)用注意的問題虛元應(yīng)用注意的問題為了提高有限元素的計(jì)算精度或避免結(jié)果的奇為了提高有限元素的計(jì)算精度或避免結(jié)果的奇異性，在模型建立中可以適當(dāng)?shù)脑鲈O(shè)相應(yīng)的異性，在模型建立中可以適當(dāng)?shù)脑鲈O(shè)相應(yīng)的“虛元虛元”。這樣一來就會(huì)使模型中額外增加了。這樣一來就會(huì)使模型中額外增加

47、了“虛節(jié)點(diǎn)，虛節(jié)點(diǎn)，”和一些和一些“虛元素虛元素”。有限元素法。有限元素法是以節(jié)點(diǎn)處各元件所提供的剛度為基礎(chǔ)進(jìn)行分是以節(jié)點(diǎn)處各元件所提供的剛度為基礎(chǔ)進(jìn)行分析計(jì)算的?？梢娢鲇?jì)算的。可見“虛元虛元”剛度給出的正確與否剛度給出的正確與否是直接影響其計(jì)算結(jié)果的，處理不好，會(huì)起到是直接影響其計(jì)算結(jié)果的，處理不好，會(huì)起到畫蛇添足的作用。所以說，并不能因?yàn)槭钱嬌咛碜愕淖饔?。所以說，并不能因?yàn)槭恰疤撎撛?，其剖面特性給的越小越真實(shí)，實(shí)踐證明：，其剖面特性給的越小越真實(shí)，實(shí)踐證明：“虛元素虛元素”的剛度的給定應(yīng)不小于被的剛度的給定應(yīng)不小于被“虛元素虛元素”分割前原真實(shí)元素在該方向上的剛度貢獻(xiàn)。分割前原真實(shí)元素

48、在該方向上的剛度貢獻(xiàn)。104梁式機(jī)翼結(jié)構(gòu)有限元分析梁式機(jī)翼結(jié)構(gòu)有限元分析105模型簡化和網(wǎng)格劃分模型簡化和網(wǎng)格劃分模型簡化和網(wǎng)格劃分是建立有限元模型中首先模型簡化和網(wǎng)格劃分是建立有限元模型中首先要做的重要工作。它的好壞直接影響到模型的要做的重要工作。它的好壞直接影響到模型的傳力路線和承載能力。模型的簡化一般應(yīng)反映傳力路線和承載能力。模型的簡化一般應(yīng)反映出結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度，不漏掉也不增加受力的元出結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度，不漏掉也不增加受力的元件，能反映出實(shí)際傳力路線和傳力特點(diǎn)。網(wǎng)格件，能反映出實(shí)際傳力路線和傳力特點(diǎn)。網(wǎng)格的疏密除應(yīng)根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)布置外，還應(yīng)根據(jù)傳的疏密除應(yīng)根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)布置外，還應(yīng)根據(jù)傳力的復(fù)

49、雜與否。一般來說，傳力復(fù)雜的部位網(wǎng)力的復(fù)雜與否。一般來說，傳力復(fù)雜的部位網(wǎng)格應(yīng)密一些，但又不至于造成整個(gè)剛度矩陣中格應(yīng)密一些，但又不至于造成整個(gè)剛度矩陣中主元大小差別過大的情況。網(wǎng)格的劃分不應(yīng)造主元大小差別過大的情況。網(wǎng)格的劃分不應(yīng)造成元素畸形。諸如元素長寬比失調(diào)，夾角過大、成元素畸形。諸如元素長寬比失調(diào)，夾角過大、過小等。過小等。 106以機(jī)翼理論圖為依據(jù)，設(shè)計(jì)有限元網(wǎng)格。通常以梁肋軸線為線性以機(jī)翼理論圖為依據(jù)，設(shè)計(jì)有限元網(wǎng)格。通常以梁肋軸線為線性元素的實(shí)際位置。除了考慮梁肋構(gòu)件外，外掛支臂、接頭、支座、元素的實(shí)際位置。除了考慮梁肋構(gòu)件外，外掛支臂、接頭、支座、各類作動(dòng)器都按實(shí)際位置定。各類

50、作動(dòng)器都按實(shí)際位置定。為了真實(shí)地反映出結(jié)構(gòu)的傳力路線和受力特點(diǎn)，將機(jī)翼的所有構(gòu)為了真實(shí)地反映出結(jié)構(gòu)的傳力路線和受力特點(diǎn)，將機(jī)翼的所有構(gòu)件都取作元素（若兩個(gè)構(gòu)件相距太近，為不使其間的元素太細(xì)長，件都取作元素（若兩個(gè)構(gòu)件相距太近，為不使其間的元素太細(xì)長，合并該二構(gòu)件，形成一個(gè)元素）；元素的幾何位置與構(gòu)件的幾何合并該二構(gòu)件，形成一個(gè)元素）；元素的幾何位置與構(gòu)件的幾何位置一致；為了不造成位置一致；為了不造成5點(diǎn)板，或不造成元素的畸變，對于個(gè)別點(diǎn)板，或不造成元素的畸變，對于個(gè)別元件可以少量移動(dòng)。元件可以少量移動(dòng)。對于多梁少肋的結(jié)構(gòu)，如果只按實(shí)際結(jié)構(gòu)取，會(huì)造成蒙皮的長寬對于多梁少肋的結(jié)構(gòu)，如果只按實(shí)際結(jié)構(gòu)

51、取，會(huì)造成蒙皮的長寬比過大。為此在各肋之間增加了比過大。為此在各肋之間增加了9條平行于肋的網(wǎng)格線，將蒙皮條平行于肋的網(wǎng)格線，將蒙皮細(xì)劃成長寬比適當(dāng)?shù)木匦卧亍＜?xì)劃成長寬比適當(dāng)?shù)木匦卧?。在沒有梁肋支持的蒙皮和長桁上設(shè)點(diǎn)時(shí)，為了不造成剛度矩陣奇在沒有梁肋支持的蒙皮和長桁上設(shè)點(diǎn)時(shí)，為了不造成剛度矩陣奇異，建立必要的虛設(shè)梁或肋。其腹板厚度取得很薄，如異，建立必要的虛設(shè)梁或肋。其腹板厚度取得很薄，如0.0001mm，因此不影響載荷傳遞。，因此不影響載荷傳遞。武器和副油箱的掛點(diǎn)在劃分網(wǎng)格時(shí)要一并考慮。必須在外掛點(diǎn)處武器和副油箱的掛點(diǎn)在劃分網(wǎng)格時(shí)要一并考慮。必須在外掛點(diǎn)處建立網(wǎng)格點(diǎn)，以便施加載荷。當(dāng)武器外

52、掛點(diǎn)和副油箱外掛點(diǎn)不一建立網(wǎng)格點(diǎn)，以便施加載荷。當(dāng)武器外掛點(diǎn)和副油箱外掛點(diǎn)不一致但又很接近時(shí)，可以近似按受載比較大的點(diǎn)來建立。致但又很接近時(shí)，可以近似按受載比較大的點(diǎn)來建立。107結(jié)構(gòu)模擬和元素選取結(jié)構(gòu)模擬和元素選取 元素的選取和網(wǎng)格的劃分實(shí)際上是不能截然分元素的選取和網(wǎng)格的劃分實(shí)際上是不能截然分開的。劃分網(wǎng)格時(shí)就要考慮到元素的選取。用開的。劃分網(wǎng)格時(shí)就要考慮到元素的選取。用模型中的元素來模擬實(shí)際構(gòu)件，第一要了解結(jié)模型中的元素來模擬實(shí)際構(gòu)件，第一要了解結(jié)構(gòu)元件的功能、承載方式、能力，然后選擇合構(gòu)元件的功能、承載方式、能力，然后選擇合適的元素來模擬該構(gòu)件。使所選用的元素能體適的元素來模擬該構(gòu)件。

53、使所選用的元素能體現(xiàn)該構(gòu)件的力學(xué)特性?，F(xiàn)該構(gòu)件的力學(xué)特性。第二還要考慮所選用的元素能不能滿足模型中第二還要考慮所選用的元素能不能滿足模型中力的平衡的要求。力的平衡的要求。第三，對只要求傳載而不考慮剛度和應(yīng)力的構(gòu)第三，對只要求傳載而不考慮剛度和應(yīng)力的構(gòu)件（或用另外的方法計(jì)算應(yīng)力），可以選用輸件（或用另外的方法計(jì)算應(yīng)力），可以選用輸入數(shù)據(jù)少的元素（如剛性元）。入數(shù)據(jù)少的元素（如剛性元）。108翼根厚蒙皮（特別是主接頭附近）、角盒的底板、側(cè)翼根厚蒙皮（特別是主接頭附近）、角盒的底板、側(cè)壁、接頭的腹板、掛架附近的厚蒙皮等具有承彎能力壁、接頭的腹板、掛架附近的厚蒙皮等具有承彎能力的構(gòu)件，采用四邊形承彎板

54、元（的構(gòu)件，采用四邊形承彎板元（QUAD4元）或三角形元）或三角形承彎板元承彎板元(TRIA3)模擬。另外，在固定前緣的外段，由模擬。另外，在固定前緣的外段，由于蒙皮網(wǎng)格劃分得密，形成了一些無腹板支持的節(jié)點(diǎn)，于蒙皮網(wǎng)格劃分得密，形成了一些無腹板支持的節(jié)點(diǎn)，為了克服力的不平衡，也選取了板彎元。為了克服力的不平衡，也選取了板彎元。薄的蒙皮或腹板，承受正應(yīng)力的能力比較弱，主要是薄的蒙皮或腹板，承受正應(yīng)力的能力比較弱，主要是承剪，通常簡化成受剪板元（承剪，通常簡化成受剪板元（SHEAR元）。元）。對于大部分蒙皮和梁、肋腹板等，其厚度介于以上二對于大部分蒙皮和梁、肋腹板等，其厚度介于以上二者之間，選用四

55、邊形或三角形平面應(yīng)力元。者之間，選用四邊形或三角形平面應(yīng)力元。絕大部分梁、肋的凸緣、操縱桿、框彈性桿（用以模絕大部分梁、肋的凸緣、操縱桿、框彈性桿（用以模擬部件支持剛度），選用等剖面桿元（擬部件支持剛度），選用等剖面桿元（ROD元）。元）。109內(nèi)、外側(cè)副翼操縱支臂的凸緣，接頭的加筋，懸掛伺內(nèi)、外側(cè)副翼操縱支臂的凸緣，接頭的加筋，懸掛伺服作動(dòng)器的梁段等，簡化為梁元（服作動(dòng)器的梁段等，簡化為梁元（BAR元）。個(gè)別梁元）。個(gè)別梁的剖面形心離節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，考慮偏心的影響。的剖面形心離節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，考慮偏心的影響。對于前緣襟翼，內(nèi)、外側(cè)副翼的蜂窩芯，選用了六面對于前緣襟翼，內(nèi)、外側(cè)副翼的蜂窩芯，選用了六面

56、體元體元(HEXA元）和五面體元元）和五面體元(PENTA元）?；虿捎镁咴；虿捎镁哂杏?個(gè)方向剪切模量個(gè)方向剪切模量Gxz ，Gyz的剪切板元。的剪切板元。對于前緣襟翼的旋轉(zhuǎn)作動(dòng)器，采用了彈簧元模擬（內(nèi)、對于前緣襟翼的旋轉(zhuǎn)作動(dòng)器，采用了彈簧元模擬（內(nèi)、外側(cè)副翼的伺服作動(dòng)器也可以用彈簧元模擬）。外側(cè)副翼的伺服作動(dòng)器也可以用彈簧元模擬）。彈簧元是一種標(biāo)量元，用于兩個(gè)自由度之間或一個(gè)自彈簧元是一種標(biāo)量元，用于兩個(gè)自由度之間或一個(gè)自由度與一個(gè)固定點(diǎn)之間的連接。以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間按一由度與一個(gè)固定點(diǎn)之間的連接。以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間按一定彈性條件約束的相對位移，或模擬某些元件的剛度。定彈性條件約束的相對位移，或

57、模擬某些元件的剛度。彈簧元的優(yōu)點(diǎn)是可以不占有任何空間，模擬某些彈性彈簧元的優(yōu)點(diǎn)是可以不占有任何空間，模擬某些彈性元件而免去了為模擬這些元件而形成一些元素。元件而免去了為模擬這些元件而形成一些元素。110梁和墻緣條簡化成等剖面桿元。當(dāng)蒙皮取為正應(yīng)力板梁和墻緣條簡化成等剖面桿元。當(dāng)蒙皮取為正應(yīng)力板元時(shí)，只計(jì)算梁緣條本身的面積，梁腹板取梁高度的元時(shí)，只計(jì)算梁緣條本身的面積，梁腹板取梁高度的16計(jì)算。當(dāng)蒙皮簡化成剪應(yīng)力板時(shí)，應(yīng)計(jì)及蒙皮的面計(jì)算。當(dāng)蒙皮簡化成剪應(yīng)力板時(shí)，應(yīng)計(jì)及蒙皮的面積，等效寬度一般可取為積，等效寬度一般可取為30，當(dāng)長桁間距較小時(shí)，當(dāng)長桁間距較小時(shí)，也可按與蒙皮相連的緣板同寬度計(jì)算。也

58、可按與蒙皮相連的緣板同寬度計(jì)算。長桁簡化成等剖面桿元。計(jì)算方法同梁緣條。長桁簡化成等剖面桿元。計(jì)算方法同梁緣條。肋緣條簡化成桿元。肋緣條簡化成桿元。梁、墻、肋的腹板簡化成剪力板元。梁、墻、肋的腹板簡化成剪力板元。蒙皮較薄時(shí)可取為剪力板，較厚時(shí)可簡化成正應(yīng)力板蒙皮較薄時(shí)可取為剪力板，較厚時(shí)可簡化成正應(yīng)力板元。元。接頭劃分成由桿、板元素組成的小部件。接頭劃分成由桿、板元素組成的小部件。操縱作動(dòng)筒的拉桿簡化成桿元。圖操縱作動(dòng)筒的拉桿簡化成桿元。圖4-14 不同材料的零不同材料的零件的組合件的組合 滑軌一般應(yīng)簡化成空間梁元。滑軌一般應(yīng)簡化成空間梁元。111112節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)的x，z坐標(biāo)自然是梁、長桁的軸

59、線與肋軸坐標(biāo)自然是梁、長桁的軸線與肋軸線的交點(diǎn)的坐標(biāo)，線的交點(diǎn)的坐標(biāo)，y坐標(biāo)的取法則視情況而定。坐標(biāo)的取法則視情況而定。 按梁元、桿元的形心給出節(jié)點(diǎn)的按梁元、桿元的形心給出節(jié)點(diǎn)的y坐標(biāo)，這坐標(biāo)，這樣由于元件的形心位置差別較大，畫出的模型樣由于元件的形心位置差別較大，畫出的模型圖可能不光順。圖可能不光順。 按抗彎剛度對面積進(jìn)行修正，計(jì)算出切面按抗彎剛度對面積進(jìn)行修正，計(jì)算出切面各元件的面積、形心后，在保證切面抗彎剛度各元件的面積、形心后，在保證切面抗彎剛度不變的情況下，將面積減縮到光滑的理論外形不變的情況下，將面積減縮到光滑的理論外形上或蒙皮內(nèi)表面。這樣能更準(zhǔn)確地計(jì)算出由彎上或蒙皮內(nèi)表面。這樣能

60、更準(zhǔn)確地計(jì)算出由彎矩引起的正應(yīng)力，但由于梁腹板和肋腹板的高矩引起的正應(yīng)力，但由于梁腹板和肋腹板的高度增加了，可能對梁腹板的剪應(yīng)力稍有影響。度增加了，可能對梁腹板的剪應(yīng)力稍有影響。113114模型的拼接和部件的連接模型的拼接和部件的連接 內(nèi)、外側(cè)副翼的連接內(nèi)、外側(cè)副翼的連接 外側(cè)副翼和機(jī)翼外側(cè)副翼和機(jī)翼主翼面之間由主翼面之間由3對耳片和伺服作動(dòng)器相連。對耳片和伺服作動(dòng)器相連。與伺服作動(dòng)器相連的支臂和連接的簡化與伺服作動(dòng)器相連的支臂和連接的簡化模型如圖模型如圖4-6所示。由于實(shí)際有限元模型所示。由于實(shí)際有限元模型中節(jié)點(diǎn)編號(hào)位數(shù)多，不便于在圖中表示，中節(jié)點(diǎn)編號(hào)位數(shù)多，不便于在圖中表示，因此圖中的節(jié)點(diǎn)