飛機(jī)機(jī)身HyperMesh有限元建模的規(guī)劃方法

何明松

摘 要

作為有限元仿真的基礎(chǔ)，CAE網(wǎng)格的簡(jiǎn)化形式和質(zhì)量對(duì)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性十分重要。本文描述了飛機(jī)整體部段模型和詳細(xì)模型的簡(jiǎn)化和檢查方法，可供有限元建模時(shí)參考使用。

關(guān)鍵詞

CAE;網(wǎng)格簡(jiǎn)化;網(wǎng)格質(zhì)量

中圖分類號(hào)： TP391.41 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.060

1 整體有限元建模

整體有限元模型一般用在方案布局迭代設(shè)計(jì)時(shí)的強(qiáng)度估算和詳細(xì)分析時(shí)的載荷傳遞。依據(jù)三維模型建立CAE整體模型時(shí)，可如下簡(jiǎn)化：

a）網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)位于理論外形上，框平面和長(zhǎng)桁軸線的交點(diǎn)處。相鄰的框和長(zhǎng)桁間形成一個(gè)四邊形或則三角形網(wǎng)格。

b）機(jī)身蒙皮主要承受面內(nèi)的張力和剪力，將蒙皮簡(jiǎn)化為二維單元。

c）框考慮承受框平面內(nèi)的彎曲。框緣簡(jiǎn)化為梁元，其剖面型式及尺寸用框?qū)嶋H剖面確定;框腹板簡(jiǎn)化為殼元，厚度取實(shí)際腹板厚度。

d）長(zhǎng)桁考慮只受拉壓應(yīng)力，故簡(jiǎn)化為桿元，其剖面積選取長(zhǎng)桁實(shí)際面積。

2 細(xì)節(jié)有限元建模

處理正確且質(zhì)量良好的細(xì)節(jié)有限元模型才能正確反映結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，求解得到正確的位移、應(yīng)力結(jié)果。細(xì)化有限元建模可參考如下：

幾何清理：盡量在CAD軟件中建立高質(zhì)量的三維數(shù)模，減少導(dǎo)入前處理后所需的幾何清理工作量。

抽取中面：由于飛機(jī)大部分的零部件為薄壁結(jié)構(gòu)，采用殼單元建模既能保證計(jì)算精度，又能控制計(jì)算規(guī)模。抽取中面后應(yīng)仔細(xì)檢查并進(jìn)行修補(bǔ)，確保中面連續(xù)并位于中間位置，也可后續(xù)于中間位置手工創(chuàng)建單元。

網(wǎng)格劃分：?jiǎn)卧叽绲拇_定既要考慮各個(gè)細(xì)節(jié)，也要考慮單元總數(shù)和計(jì)算規(guī)模。單元類型要盡量選擇四邊形單元和六面體單元，才能保證足夠的計(jì)算精度。

鉚釘處理：當(dāng)單元尺寸大于三倍鉚釘直徑以上時(shí)，不需要對(duì)鉚釘進(jìn)行細(xì)化處理，可直接生成CWELD單元。如果需要建出鉚釘（或螺栓）細(xì)化模型，需在孔周邊增加至少六個(gè)四邊形單元，然后通過(guò)CWELD或者梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬。

質(zhì)量檢查：要制定質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)仔細(xì)修改網(wǎng)格來(lái)提高單元質(zhì)量。時(shí)間緊迫可以適當(dāng)降低單元質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，但應(yīng)盡量避免。檢查數(shù)值可參照表1。

3 過(guò)渡有限元建模

二維單元之間盡量采用1變3和1變2的過(guò)渡方式。

三維單元和二維單元過(guò)渡時(shí)，可以考慮在連接局部區(qū)域的三維單元上通過(guò)提取邊界建立與三維單元共節(jié)點(diǎn)的厚度很薄的殼單元，再與相鄰的二維單元相連。

一維單元與二維單元可以直接共節(jié)點(diǎn)，也可以通過(guò)剛性單元連接。

參考文獻(xiàn)

[1]HyperWorks進(jìn)階教程系列《HyperMesh&HyperView應(yīng)用技巧與實(shí)力分析》.王鈺棟，金磊，洪清泉，編著.

[2]《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》徐灝主編.