CN109726435B - 一种接头钉群载荷计算的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于飞机强度试验技术领域，具体涉及一种接头钉群载荷计算的方法。该方法思路简单、明确，可准确计算连接接头钉群的钉载和接头应力。相比传统的建模方法，该方法通过建立短梁元模拟连接钉的实际刚度，求得的钉载准确度高；该方法通过短梁元将接头与部件本体连接来模拟实际连接关系，使得约束不像传统方法那么过于刚硬，计算结果更准确。

Description

一种接头钉群载荷计算的方法
技术领域
本发明属于飞机强度试验技术领域，具体涉及一种接头钉群载荷计算的方法。
背景技术
飞机强度计算中接头与部件本体的连接计算往往是钉群载荷分配计算的问题，钉群载荷分配计算是一个高次静不定问题，对于复杂且不规则的连接件工程计算无法得到准确结果。目前工程设计中大家广泛采用有限元方法来计算连接细节，一般的做法是将接头建立实体单元细节模型，钉孔位置直接固定约束。该方法不能准确模拟连接钉的刚度，约束过于刚硬，无法模拟真实边界条件。
传统的直接约束钉孔位置对接头进行细节模型计算的方法无法准确模拟连接钉的刚度，而且直接约束钉孔对接头与部件本体的连接刚度模拟过于刚硬，不符合实际结构连接柔度，计算得到的连接钉载荷和接头应力不够准确，刚硬的约束往往使得计算结果较为保守。
发明内容
发明目的：通过局部细化部件本体模型并在连接钉位置布节点，利用短梁元来模拟连接钉将接头的细节模型与部件本体进行连接来计算接头应力和连接钉载荷，既可以准确模拟连接钉刚度，又能按实际结构给出接头与本体连接的刚度，避免了直接约束钉孔位置进行接头细节模型计算的约束过于刚硬和无法模拟连接钉刚度的缺点。
技术方案：一种接头钉群载荷计算的方法，该方法步骤如下：
首先建立有限元分析模型，建立方法为：1)、对接头本身根据实际结构进行钉孔布置，然后建立接头的三维实体单元有限元模型，钉孔中心布置节点A，将节点A与接头模型上钉孔周围的一圈节点建立刚体元；2)、将与接头连接的部件模型局部细化，对应连接钉的位置布置节点B；3)、将节点A与B连接建立钉元；4)根据实际受载情况对部件施加载荷，根据实际连接情况在接头耳孔处施加约束；
之后将建立的有限元分析模型提交分析软件进行计算，计算完成后读取计算结果中钉元的单元力即为连接钉的载荷，实现接头钉群载荷计算的目的。
进一步的，所述分析软件为NASTRAN软件。
进一步的，有限元分析模型的建立采用PATRAN软件。
进一步的，有限元分析模型建立方法中钉元采用短梁元来模拟钉元，钉元属性按照连接钉的材料和刚度给出。
有益技术效果：该方法思路简单、明确，可准确计算连接接头钉群的钉载和接头应力。相比传统的建模方法，该方法通过建立短梁元模拟连接钉的实际刚度，求得的钉载准确度高；该方法通过短梁元将接头与部件本体连接来模拟实际连接关系，使得约束不像传统方法那么过于刚硬，计算结果更准确。
附图说明
图1结构示意图，
图2钉元连接模型简化示意图，
图3接头细节模型示意图，
图4接头细节模型嵌入部件本体的示意图。
具体实施方式
一种接头钉群载荷计算的方法，该方法在MSC公司的PATRAN/NASTRAN软件下使用，具体实现步骤如下：首先建立有限元分析模型，建立方法为：a、对接头本身根据实际结构进行钉孔布置，然后建立接头的三维实体单元有限元模型，钉孔中心布置节点A，将节点A与接头模型上钉孔周围的一圈节点建立刚体元；b、将与接头连接的部件模型局部细化，对应连接钉的位置布置节点B；c、将节点A与B连接建立钉元；本实施中，钉元采用短梁元来模拟钉元，钉元属性按照连接钉的材料和刚度给出。实际结构中大多连接钉都是双剪钉，即被连接的元素有三个，有限元中把被连接的多个元素假设成每两个元素之间构成一个钉元，两个钉元相互独立，于是同一个螺栓在简化模型时变成两个彼此独立的钉元；以某部件整体接头与上下蒙皮连接的贯通螺栓为例，给出连接钉元简化示意图，如图1所示的结构示意图，贯通螺栓连接了金属接头翻边(1)、扰流板下蒙皮(2)、扰流板全高度蜂窝芯(3)和扰流板上蒙皮(4)；附图2所示的模型示意图中金属接头翻边(5)、扰流板下蒙皮(6)、扰流板全高度蜂窝芯(7)和扰流板上蒙皮(8)和贯通螺栓(9)的有限元元素；d、根据实际受载情况对部件施加载荷，根据实际连接情况在接头耳孔处施加约束；约束为强迫位移，即从部件总体应力分析中提取出接头耳孔中心的位移，然后施加到本方法建立的有限元模型上。以飞机扰流板为例，金属接头细节模型通过钉元与部件本体连接后的有限元模型如图3所示，模型约束为强迫位移，即从扰流板总体应力分析中挑选出4个悬挂点和操纵点的位移施加到细节分析模型。
之后将建立的有限元分析模型提交分析软件进行运算，本方法采用的分析软件为MSC公司的NASTRAN软件，计算完成后读取计算结果中钉元的单元力即为连接钉的载荷，实现接头钉群载荷计算的目的。
在实际结构中大多连接钉都是双剪钉，即被连接的元素有三个，有限元中把被连接的多个元素假设成每两个元素之间构成一个钉元，两个钉元相互独立，于是同一个螺栓在简化模型时变成两个彼此独立的钉元；金属接头的细节模型通过钉元与部件本体连接后的有限元模型如图2所示(以某飞机扰流板为例)，模型约束为强迫位移，即从扰流板总体应力分析中挑选出四个悬挂点和操纵点的位移施加到细节分析模型。

Claims (4)

1.一种接头钉群载荷计算的方法，其特征在于，步骤如下：
首先建立有限元分析模型，建立方法为：1)、对接头本身根据实际结构进行钉孔布置，然后建立接头的三维实体单元有限元模型，钉孔中心布置节点A，将节点A与接头模型上钉孔周围的一圈节点建立刚体元；2)、将与接头连接的部件模型局部细化，对应连接钉的位置布置节点B；3)、将节点A与B连接建立钉元；4)根据实际受载情况对部件施加载荷，根据实际连接情况在接头耳孔处施加约束；
之后将建立的有限元分析模型提交分析软件进行计算，计算完成后读取计算结果中钉元的单元力即为连接钉的载荷，实现接头钉群载荷计算的目的。
2.根据权利要求1所述的一种接头钉群载荷计算的方法，其特征在于，所述分析软件为NASTRAN软件。
3.根据权利要求1所述的一种接头钉群载荷计算的方法，其特征在于，有限元分析模型的建立采用PATRAN软件。
4.根据权利要求1所述的一种接头钉群载荷计算的方法，其特征在于，有限元分析模型建立方法中钉元采用短梁元来模拟钉元，钉元属性按照连接钉的材料和刚度给出。
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