CN111191395A - 一种嵌套模型建模方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了本发明实施例提供一种嵌套模型建模方法，所述方法包括：分别建立整体结构板杆模型和接头三维实体细节模型；确定整体结构板杆模型上的连接平面；确定接头三维实体细节模型上的钉连接点在所述连接平面上的投影点；在所述投影点和钉连接点之间建立连接梁元；根据所述连接梁元，对整体结构板杆模型的连接区进行修改，获得更新后的连接区单元；利用更新后的连接区单元，将所述接头三维实体细节模型嵌入整体结构板杆模型。

Description

一种嵌套模型建模方法及设备
技术领域
本申请涉及但不限于强度计算技术领域，尤指一种嵌套模型建模方法及设备。
背景技术
对于飞机主结构之间的复杂多接头连接结构，传统连接简化形式无法准确模拟复杂接头的刚度与边界，导致计算精度低。若采用手工嵌套实体模型，则费时费力易出错。
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嵌套模型建模方法，以解决现有技术中连接简化形式无法准确模拟复杂接头的刚度与边界的问题。
第一发明，本发明实施例提供一种嵌套模型建模方法，所述方法包括：
分别建立整体结构板杆模型和接头三维实体细节模型；
确定整体结构板杆模型上的连接平面；
确定接头三维实体细节模型上的钉连接点在所述连接平面上的投影点；
在所述投影点和钉连接点之间建立连接梁元；
根据所述连接梁元，对整体结构板杆模型的连接区进行修改，获得更新后的连接区单元；
利用更新后的连接区单元，将所述接头三维实体细节模型嵌入整体结构板杆模型。
可选的，所述确定整体结构板杆模型上的连接平面，具体包括：
在所述整体结构板杆模型连接区中选取非共线的三点；
对所述非共线的三点通过向量叉乘，确定平面法线；
结合平面法线和非共线的三点坐标，通过点法式方程，确定连接平面。
可选的，所述确定接头三维实体细节模型上的钉连接点在所述连接平面上的投影点，具体包括：
通过投影方程，分别将接头三维实体细节模型上的N个钉连接点，沿平面法线方向，投影至所述连接平面上，得到N个投影点坐标。
可选的，连接梁元的材料属性和真实连接件结构一致。
可选的，所述根据连接梁元，对整体结构板杆模型的连接区进行修改，获得更新后的连接区单元，具体包括：
将整体结构板杆模型上原先的连接区单元删除；
通过面积等效法，判断投影点所在单元，并分割投影点所在单元，生成新的连接区单元。
可选的，所述整体结构板杆模型包括全机板壳模型和部件板壳模型。
可选的，所述方法基于Python语言实现。
第二发明，本发明实施例提供一种嵌套模型建模设备，包括：存储器和处理器；
所述存储器，被配置为保存可执行指令；
所述处理器，被配置为在执行所述存储器保存的所述可执行指令时实现如上述任一项所述的嵌套模型建模方法。
本方法则通过定义复杂接头与飞机结构之间的连接关系，修改全机有限元模型，将复杂的三维实体接头模型嵌入全机有限元模型中，准确地模拟了复杂接头的刚度与边界条件，提高了有限元计算的准确性，可满足目前飞机各类三维实体接头模型快速嵌入全机板壳模型或部件板壳模型的需求。并在型号工作中得到应用提高了接头强度计算准确性，加快了结构调参和强度计算迭代的速度，缩短了设计周期，大大降低了设计员的工作量。
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为本申请实施例提供的一种实体接头模型嵌套方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种整体结构板杆模型示意图；
图3为本申请实施例提供的一种接头三维实体细节模型示意图；
图4为本申请实施例提供的一种确定整体结构板杆模型上的连接平面示意图；
图5为本申请实施例提供的一种单元划分示意图。
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。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本方法性发明，主要是为了解决飞机主结构之间复杂接头刚度以及边界无法准确模拟的问题，提高复杂接头及其连接区钉载计算的准确性，实现结构减重。应用本方法可以解决手工建模的繁琐，提高接头强度计算准确性，加快了结构调参和强度计算迭代的速度，缩短了设计周期。
这里基于Python语言，将三维实体接头模型嵌入板杆模型的流程优化，开发了一套三维实体接头快速嵌套板杆模型技术。设计流程见图1所示。
第一步：分别建立整体结构板杆模型、接头三维实体细节模型，见图2、图3所示；
第二步：确定整体结构板杆模型上的连接平面。选取板杆模型连接区中非共线的三点，通过向量叉乘，确定平面法线(xs,ys,zs)，通过点法式方程，见方程(1)，确定连接平面，见图4所示；
xs(x-x0)+ys(y-y0)+zs(z-z0)＝0 (1)
第三步：接头三维实体细节模型上钉连接点投影。三维实体模型上钉群连接点，将连接点沿平面法线方向(由第二步确定)，投影至板杆模型连接平面，通过求解方程(2)，得到投影点坐标；
Figure BDA0002336701300000041
第四步：在投影点和钉点之间建立连接梁元。在实体模型上的钉点、板杆模型上的投影点之间，建立梁元，模拟连接钉，梁元材料属性和真实连接件结构一致；
第五步：完善板杆模型连接区，将板杆模型上粗网格的连接区单元删除，通过面积等效法，判断钉连接点投影所在单元，并分割所在单元，生成新的单元，直至单元内无剩余钉连接点投影。如果钉连接点偏离单元形心较大，则创建单元形心节点，从而保证新生成单元不畸形。单元划分示意图如图5所示。
完善板杆模型连接区结构。
第六步：利用新的单元，将三维实体接头模型快速嵌入全机板壳模型或部件板壳模型。
应用本方法提高复杂接头及其连接区钉载计算的准确性，实现结构减重；并且可以解决手工建模的繁琐，提高接头强度计算准确性，加快了结构调参和强度计算迭代的速度，缩短了设计周期。
通过模型快速嵌套技术，将内垂尾本体板杆模型和三维实体接头模型快速连接起来，效率高，结构准确，垂尾本体和接头嵌套有限元模型。
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 (8)

1.一种嵌套模型建模方法，其特征在于，所述方法包括：
分别建立整体结构板杆模型和接头三维实体细节模型；
确定整体结构板杆模型上的连接平面；
确定接头三维实体细节模型上的钉连接点在所述连接平面上的投影点；
在所述投影点和钉连接点之间建立连接梁元；
根据所述连接梁元，对整体结构板杆模型的连接区进行修改，获得更新后的连接区单元；
利用更新后的连接区单元，将所述接头三维实体细节模型嵌入整体结构板杆模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定整体结构板杆模型上的连接平面，具体包括：
在所述整体结构板杆模型连接区中选取非共线的三点；
对所述非共线的三点通过向量叉乘，确定平面法线；
结合平面法线和非共线的三点坐标，通过点法式方程，确定连接平面。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定接头三维实体细节模型上的钉连接点在所述连接平面上的投影点，具体包括：
通过投影方程，分别将接头三维实体细节模型上的N个钉连接点，沿平面法线方向，投影至所述连接平面上，得到N个投影点坐标。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，连接梁元的材料属性和真实连接件结构一致。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据连接梁元，对整体结构板杆模型的连接区进行修改，获得更新后的连接区单元，具体包括：
将整体结构板杆模型上原先的连接区单元删除；
通过面积等效法，判断投影点所在单元，并分割投影点所在单元，生成新的连接区单元。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述整体结构板杆模型包括全机板壳模型和部件板壳模型。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法基于Python语言实现。
8.一种嵌套模型建模设备，其特征在于，包括：存储器和处理器；
所述存储器，被配置为保存可执行指令；
所述处理器，被配置为在执行所述存储器保存的所述可执行指令时实现如权利要求1～7中任一项所述的嵌套模型建模方法。
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