CN111143944B - 一种双梁机翼的机翼梁刚度配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种双梁机翼的机翼梁刚度配置方法，包括：建立前后梁板元模型，前后梁板元模型分别包括多个分块板元；根据已建立的前后梁板元模型，设置多组前后梁板元厚度区间组，每组前后梁板元厚度区间组包括前梁板元厚度区间和后梁板元厚度区间；对每组前后梁板元厚度区间组对应的前后梁板元模型施加载荷，并进行拓扑优化分析，得到前后梁分块板元的厚度分布结果。本发明实施例解决了现有机翼前后梁的刚度设计，由于需要经过多次轮迭代后确定机翼前后梁的刚度比，而导致整个过程设计效率低下，耗费大量的时间和人力的问题。

Description

一种双梁机翼的机翼梁刚度配置方法

技术领域

本申请涉及但不限于飞机设计技术领域，尤指一种双梁机翼的机翼梁刚度配置方法。

背景技术

双梁机翼结构在飞机设计中广泛使用，双梁机翼结构的前后梁为主承力结构，由于传载大小不同，前后梁的刚度往往是不同的，因此设计合理的前后梁刚度比尤为重要。

双梁机翼结构中，合理的前后梁刚度比不仅可以优化传载路径，提高传载效率，还可以减轻飞机重量。现有技术主要是先进行机翼前后梁的数模设计，再根据结构数模进行强度校核，若发现传载不合理或重量过大，则修改数模，优化前后梁刚度比，再进行强度校核。经过多次轮迭代后确定机翼前后梁的刚度比，整个过程设计效率低下，耗费大量的时间和人力。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种双梁机翼的机翼梁刚度配置方法，以解决现有机翼前后梁的刚度设计，由于需要经过多次轮迭代后确定机翼前后梁的刚度比，而导致整个过程设计效率低下，耗费大量的时间和人力的问题。

本发明实施例提供一种双梁机翼的机翼梁刚度配置方法，包括：

建立前后梁板元模型，所述前后梁板元模型分别包括多个分块板元；

根据已建立的所述前后梁板元模型，设置多组前后梁板元厚度区间组，每组所述前后梁板元厚度区间组包括前梁板元厚度区间和后梁板元厚度区间；

对每组前后梁板元厚度区间组对应的前后梁板元模型施加载荷，并进行拓扑优化分析，得到前后梁分块板元的厚度分布结果。

可选地，如上所述的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法中，所述得到前后梁分块板元的厚度分布结果之后，所述还包括：

确定所述厚度分布结果未满足前后梁的厚度规范时，对至少部分前后梁板元厚度区间组进行二次划分，得到多组前后梁板元厚度区间子组；

对根据每组前后梁板元厚度区间子组对应的前后梁板元模型施加载荷，并进行拓扑优化分析，得到刚度分布结果。

可选地，如上所述的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法中，还包括：

根据前后梁分块板元的厚度分布结果，重复执行所述二次划分，以及施加载荷，并进行拓扑优化分析的步骤，得到前后梁分块板元的厚度分布结果。

可选地，如上所述的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法中，还包括：

从所述刚度分布结果中选择前后梁板元参数结果，所述前后梁板元参数结果包括基于前后梁分块板元的厚度分布结果。

可选地，如上所述的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法中，所述建立前后梁板元模型，包括：

根据机翼的前后梁外形面，采用有限元软件建立所述前后梁板元模型。

可选地，如上所述的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法中，所述对每组前后梁板元厚度区间组对应的前后梁板板元模型施加载荷，并进行拓扑优化分析，得到前后梁分块板元的厚度分布结果，包括：

对每组前后梁板元厚度区间组所表示的每一种刚度比的前后梁板元模型施加载荷并进行拓扑优化分析，在控制最大应力和位移的情况下，得到使前后梁结构重量最轻的刚度分布结果。

可选地，如上所述的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法中，所述多组前后梁板元厚度区间组中，

第一组前后梁板元厚度区间为：前梁厚度区间为1～2，后梁厚度区间为5～6；

第二组前后梁板元厚度区间为：前梁厚度区间为3～4，后梁厚度区间为3～4；

第三组前后梁板元厚度区间为：前梁厚度区间为5～6，后梁厚度区间为1～2。

可选地，如上所述的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法中，所述多组前后梁板元厚度区间子组中，

第一子组前后梁板元厚度区间为：前梁厚度区间为1～2，后梁厚度区间为5～6；

第二子组前后梁板元厚度区间为：前梁厚度区间为1～1.5，后梁厚度区间为5.5～6；

第三子组前后梁板元厚度区间为：前梁厚度区间为1.5～2，后梁厚度区间为5～5.5。

本发明实施例提供的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法，包括：建立前后梁板元模型，前后梁板元模型分别包括多个分块板元；根据已建立的前后梁板元模型，设置多组前后梁板元厚度区间组，每组前后梁板元厚度区间组包括前梁板元厚度区间和后梁板元厚度区间；对每组前后梁板元厚度区间组对应的前后梁板元模型施加载荷，并进行拓扑优化分析，得到前后梁分块板元的厚度分布结果。该机翼梁刚度配置方法不同于由结构设计主导的前后梁刚度优化设计，而是从强度计算出发，建立有限元模型，从而通过计算直接确定最佳的前后梁刚度比，避免了结构设计和强度校核多轮迭代的繁杂过程，具有设计高效，前后梁刚度分配合理的优点。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例提供的一种双梁机翼的机翼梁刚度配置方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法中一种前后梁板元模型的示意图；

图3为本发明实施例提供的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法中一种前后梁刚度分布结果的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种双梁机翼的机翼梁刚度配置方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本发明实施例提供的一种双梁机翼的机翼梁刚度配置方法的流程图。本实施例提供的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法可以包括如下步骤：

S110，建立前后梁板元模型，该前后梁板元模型分别包括多个分块板元；

S120，根据已建立的前后梁板元模型，设置多组前后梁板元厚度区间组，每组前后梁板元厚度区间组包括前梁板元厚度区间和后梁板元厚度区间；

S130，对每组前后梁板元厚度区间组对应的前后梁板元模型施加载荷，并进行拓扑优化分析，得到前后梁分块板元的厚度分布结果。

针对现有机翼前后梁的刚度设计，由于需要经过多次轮迭代后确定机翼前后梁的刚度比，而导致整个过程设计效率低下，耗费大量的时间和人力的问题。本发明实施例提供一种双梁机翼的机翼梁刚度配置方法，该方法可以满足飞机设计中对于机翼翼梁刚度的要求，并且可以大幅减少机翼前后梁刚度优化设计和强度校核的迭代过程，缩短设计周期，节约成本，也可用于确定三梁结构机翼的各梁刚度分配，可提高设计效率。

可选地，本发明实施例提供的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法中，S110的实现方式，可以包括：

根据机翼的前后梁外形面，采用有限元软件建立前后梁板元模型。如图2所示，为本发明实施例提供的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法中一种前后梁板元模型的示意图。

本发明实施例的S120中，根据图2所示前后梁板元模型，设置的多组前后梁板元厚度区间组中，每组前后梁板元厚度区间组包括前梁板元厚度区间和后梁板元厚度区间。

举例来说，建立了三组前后梁板元厚度区间组，每组前后梁板元厚度如下设置：

第一组前后梁板元厚度区间为：前梁厚度区间为1～2，后梁厚度区间为5～6；

第二组前后梁板元厚度区间为：前梁厚度区间为3～4，后梁厚度区间为3～4；

第三组前后梁板元厚度区间为：前梁厚度区间为5～6，后梁厚度区间为1～2。

本发明实施例的S130中，对每一种刚度比的前后梁板元模型施加载荷并进行拓扑优化分析，在控制最大应力和位移的情况下，得到使结构重量最轻的刚度分布结果。如图3所示，为本发明实施例提供的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法中一种前后梁刚度分布结果的示意图。

可选地，图4为本发明实施例提供的一种双梁机翼的机翼梁刚度配置方法的流程图。在图1所示流程得到的前后梁刚度分布结果不能满足要求时，本发明实施例提供的方法还可以包括如下步骤：

S140，确定厚度分布结果未满足前后梁的厚度规范时，对至少部分前后梁板元厚度区间组进行二次划分，得到多组前后梁板元厚度区间子组；

S150，对根据每组前后梁板元厚度区间子组对应的前后梁板元模型施加载荷，并进行拓扑优化分析，得到刚度分布结果。

在本发明实施例中，如果S130得到的前后梁刚度分布结果不满足要求，可通过减小每一种厚度比的区间范围，进一步细化前后梁的刚度比，得到更多刚度比的前后梁板元模型。举例来说，S140中建立了三组前后梁板元厚度区间子组，每个子组的前后梁板元厚度如下设置：

第一子组前后梁板元厚度区间为：前梁厚度区间为1～2，后梁厚度区间为5～6；

第二子组前后梁板元厚度区间为：前梁厚度区间为1～1.5，后梁厚度区间为5.5～6；

第三子组前后梁板元厚度区间为：前梁厚度区间为1.5～2，后梁厚度区间为5～5.5。

进一步地，本发明实施例提供的方法还可以包括：

S160，根据前后梁分块板元的厚度分布结果，重复执行二次划分，以及施加载荷，并进行拓扑优化分析的步骤，得到前后梁分块板元的厚度分布结果。

S170，从刚度分布结果中选择前后梁板元参数结果，该前后梁板元参数结果包括基于前后梁分块板元的厚度分布结果。

本发明实施例提供的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法，不同于由结构设计主导的前后梁刚度优化设计，而是从强度计算出发，建立有限元模型，从而通过计算直接确定最佳的前后梁刚度比，避免了结构设计和强度校核多轮迭代的繁杂过程，具有设计高效，前后梁刚度分配合理的优点。另外，本发明实施例的技术方案，可以应用于飞机设计中的机翼前后梁刚度优化，同时也适用于三梁结构的各梁刚度优化，可提高设计效率。

以下通过一个具体实施示例对本发明实施例提供的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法的实施方式进行详细描述。

该实施示例的具体步骤为：

步骤(1)，根据机翼前后梁外形面建立有限元板元模型，如图2所示前后梁板元模型；

步骤(2)，调整前后梁板元的厚度区间，使前后梁具有不同的刚度比，例如可分别设置前梁厚度区间为1～2、3～4、5～6，对应的后梁厚度区间分别为5～6、3～4、1～2；

步骤(3)，对每一种刚度比的前后梁模型施加载荷并进行拓扑优化分析，在控制最大应力和位移的情况下，得到使结构重量最轻的刚度分布，如图3所示刚度分布结果；

步骤(4)，如果步骤(3)中得到的结果不满足要求，可通过减小每一种厚度比的区间范围，进一步细化步骤(2)中的刚度比，得到更多刚度比的模型；例如细化后的前梁厚度区间为1～2、1～1.5、1.5～2，对应的后梁厚度区间分别为5～6、5.5～6、5～5.5；

步骤(5)，重复步骤(2)～(4)，直到得到最理想的应力、变形分布和结构重量；

步骤(6)，根据最终确定的板元参数确定结构方案。

本发明实施例提供的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法，相比于以往的先进行结构设计，再进行强度计算，进而优化前后梁结构刚度的方法，本发明实施例从前后梁外形出发，通过建立有限元模型，调整前后梁厚度区间，采用拓扑优化确定最佳厚度分布，以较快的速度进行刚度优化，确定最佳的结构方案，避免了结构设计和强度校核多轮迭代的繁杂过程，具有设计高效，刚度比分配合理的特点。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、***、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种双梁机翼的机翼梁刚度配置方法，其特征在于，包括：

建立前后梁板元模型，所述前后梁板元模型分别包括多个分块板元；

根据已建立的所述前后梁板元模型，设置多组前后梁板元厚度区间组，每组所述前后梁板元厚度区间组包括前梁板元厚度区间和后梁板元厚度区间，且各组所述前后梁板元厚度区间组中前梁板元厚度区间和后梁板元厚度区间的叠加厚度区间相等；

对每组前后梁板元厚度区间组对应的前后梁板元模型施加载荷，并进行拓扑优化分析，得到前后梁分块板元的厚度分布结果；所述得到前后梁分块板元的厚度分布结果的具体过程包括：对每组前后梁板元厚度区间组所表示的每一种刚度比的前后梁板元模型施加载荷并进行拓扑优化分析，在控制最大应力和位移的情况下，得到使前后梁结构重量最轻的刚度分布结果；

从所述刚度分布结果中选择前后梁板元参数结果，所述前后梁板元参数结果包括基于前后梁分块板元的厚度分布结果。

2.根据权利要求1所述的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法，其特征在于，所述得到前后梁分块板元的厚度分布结果之后，还包括：

确定所述厚度分布结果未满足前后梁的厚度规范时，对至少部分前后梁板元厚度区间组进行二次划分，得到多组前后梁板元厚度区间子组；

对根据每组前后梁板元厚度区间子组对应的前后梁板元模型施加载荷，并进行拓扑优化分析，得到刚度分布结果。

3.根据权利要求2所述的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法，其特征在于，还包括：

根据前后梁分块板元的厚度分布结果，重复执行所述二次划分，以及施加载荷，并进行拓扑优化分析的步骤，得到前后梁分块板元的厚度分布结果。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法，其特征在于，所述建立前后梁板元模型，包括：

根据机翼的前后梁外形面，采用有限元软件建立所述前后梁板元模型。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法，其特征在于，所述多组前后梁板元厚度区间组中，

第一组前后梁板元厚度区间为：前梁厚度区间为1～2，后梁厚度区间为5～6；

第二组前后梁板元厚度区间为：前梁厚度区间为3～4，后梁厚度区间为3～4；

第三组前后梁板元厚度区间为：前梁厚度区间为5～6，后梁厚度区间为1～2。

6.根据权利要求2～3中任一项所述的双梁机翼的机翼梁刚度配置方法，其特征在于，所述多组前后梁板元厚度区间子组中，

第一子组前后梁板元厚度区间为：前梁厚度区间为1～2，后梁厚度区间为5～6；

第二子组前后梁板元厚度区间为：前梁厚度区间为1～1.5，后梁厚度区间为5.5～6；

第三子组前后梁板元厚度区间为：前梁厚度区间为1.5～2，后梁厚度区间为5～5.5。