Лекция 3. Методы создания структуры базы данных для анализа прочности конструкции самолета.

В случае применения функционального принципа декомпозиции КЭМ, перечни исходных данных, необходимых для синтеза структур локальных КЭМ, из которых синтезируется общая модель, определяются методами формирования структур силового набора соответствующих элементов конструкции. Поскольку методы формирования структур силового набора определяются функциональным назначением элементов конструкции, анализ исходных данных, необходимых для формирования их КЭМ, также следует выполнять с учетом этого критерия.

Функционально регулярные элементы кессона крыла делятся на две группы (рис. 22): элементы продольного и элементы поперечного набора.

	Рис. 25. Регулярные элементы силовой структуры кессона крыла.

 

Группа элементов продольного набора включает панели обшивки, лонжероны и стрингеры. Их структура определяется распределенным характером нагружения с относительно небольшими градиентами изменения величин нагрузок в пределах каждого элемента. Вследствие этого конструкция элемента продольного набора характеризуется большими размерами зон с постоянными значениями жесткостных параметров (рис.1.11). Поэтому формирования структур КЭМ таких элементов достаточно узлов, размещенных в плоскости элементов поперечного набора.

Группа элементов поперечного набора включает основные и дополнительные нервюры. В отличие от элементов продольного набора, нервюры нагружаются не только распределенными, но и сосредоточенными нагрузками. Поэтому, помимо узлов, расположенных на контуре сечения, КЭМ нервюры содержит дополнительные узлы, позволяющие детально анализировать НДС стенки.

Процесс синтеза структуры КЭМ делится на два этапа.

На первом этапе определяется количество и расположение узлов.

На втором этапе определяется топология КЭМ, т.е. количество и типы КЭ, а также количество узлов в каждом КЭ и номера узлов.

Поскольку все узлы КЭМ элементов продольного набора расположены в плоскости элементов поперечного набора, то исходными данными для формирования их структур являются координаты всех узлов моделей элементов поперечного набора. Кроме того, для каждого элемента продольного набора необходимо указать номера узлов, расположенных на его поверхности и их распределение по сечениям (рис.26):

	Рис. 26. Таблица распределения номеров узлов.

 

Узлы КЭМ элемента поперечного набора можно разделить на две группы.

В первую группу входят узлы, расположенные на контуре соответствующего сечения базовой геометрической модели. Координаты этих узлов соответствуют точкам пересечения осей лонжеронов и стрингеров с линиями пересечения плоскости элемента поперечного с верхней или нижней поверхностью крыла (рис. 27).

Поскольку на основании координат этих узлов определяются координаты остальных узлов КЭМ элемента поперечного набора, будем считать узлы, входящие в состав первой группы, базовыми узлами.

Во вторую группу входят узлы, относящиеся к КЭ, моделирующим детали элементов поперечного набора, расположенные внутри контура сечения (стенки нервюр, пояса нервюр, кницы, стойки и т.п.). Их количество и расположение определяются методами формирования структур силового набора соответствующих элементов конструкции, с учетом расположения базовых узлов. Поэтому исходными данными для формирования КЭМ элементов поперечного набора являются координаты узлов, расположенных на верхнем и нижнем контурах соответствующих сечений кессона. Значения координат должны быть распределены и упорядочены по контурам сечений.

Рис. 27. Определение координат базовых узлов КЭМ элемента поперечного набора.

 

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что исходными данными для синтеза КЭМ отсека кессона крыла являются координаты базовых узлов КЭМ элементов поперечного набора. Описывать структуру КЭМ не требуется, поскольку она формируется на основании алгоритмов, где в качестве исходных данных используются координаты узлов. Таким образом, объем исходных данных, необходимых для синтеза КЭМ кессона крыла, в случае использования функционального принципа декомпозиции, может быть определен по следующей формуле:

_i

где:	-	количество нервюр в кессоне;
	-	количество верхних базовых узлов;
	-	количество нижних базовых узлов.

 

Поскольку регулярные элементы силового набора воспринимают и передают основные эксплуатационные нагрузки, действующие на кессон крыла, именно они составляют основу его конструкции и определяют ее функциональную пригодность. Соответственно, оптимальность конструкции кессона определяется оптимальностью структуры и свойств элементов регулярных зон, включающих в себя только регулярные элементы.

В соответствии с предложенным методом декомпозиции, последовательность формирования структуры КЭМ регулярной зоны кессона крыла определяется наличием необходимых исходных данных. В разделе 2.3 показано, что исходными данными для формирования КЭМ элементов продольного набора служат координаты базовых узлов КЭМ элементов поперечного набора, упорядоченные по соответствующим сечениям. Следовательно, на первом этапе формирования КЭМ регулярной зоны кессона крыла формируются КЭМ элементов поперечного набора.

Сначала формируются КЭМ регулярных нервюр (рис. 28), поскольку для формирования их структуры не требуются данные от КЭМ других элементов силового набора.

Рис. 28. Формирование конечно–элементных моделей регулярных нервюр.

 

 

Для формирования КЭМ дополнительных нервюр, требуется информация о базовых узлах КЭМ регулярных нервюр, с которыми они пересекаются.

Функционально дополнительные нервюры можно разделить на две группы.

К первой группе относятся нервюры, поддерживающие панели обшивки в зонах, где расстояние между регулярными нервюрами больше некоторой критической величины, при которой обеспечивается устойчивость панелей на сжатие и не допускается депланация наружного контура кессона крыла. Будем называть такие нервюры "поддерживающими". КЭМ таких нервюр состоят из регулярных и стыковочных зон. Структура КЭМ регулярной зоны формируется по тому же методу, что и КЭМ регулярной нервюры. Стыковочная зона соединяет крайние узлы поясов регулярной зоны с ближайшими узлами регулярной нервюры, с которой соединяется данная дополнительная нервюра (рис.29).

Рис. 29. Формирование конечно–элементной модели дополнительной нервюры.

 

Ко второй группе относятся дополнительные нервюры, предназначенные для восприятия сосредоточенных нагрузок, в том случае, если для этого нецелесообразно использовать регулярные нервюры. Такие дополнительные нервюры относятся к силовым нервюрам. Они имеют значительную длину и пересекают регулярные нервюры. Перед формированием КЭМ силовых дополнительных нервюр, производится корректировка положения контактных узлов КЭМ регулярных нервюр, путем перемещения их в плоскость дополнительных нервюр (рис. 30):

Рис. 30. Формирование зон пересечения регулярных и дополнительных нервюр

 

 

Если дополнительная нервюра начинается или закачивается на к–либо стрингере, в этом случае в зоне пересечения с указанным стрингером формируется "сбег", чья структура соответствует структуре стыковой зоны дополнительной нервюры первой группы (рис.31).

Рис. 31. Формирование конечно–элементных моделей дополнительных нервюр

 

 

При включении КЭМ элементов поперечного набора в общую КЭМ кессона крыла необходима корректировка номеров узлов, записанных в их КЭ, по следующей формуле:

где:		– номер узла в общей КЭМ;
		– локальный номер узла в КЭМ элемента поперечного набора;
		– узлов, которые были в общей КЭМ на момент включения данной локальной КЭМ.

 

На втором этапе формирования регулярных зон производится формирование КЭМ элементов продольного набора: обшивок, лонжеронов и стрингеров (рис.32).

Рис. 32. Формирование конечно–элементных моделей элементов продольного набора

 

 

Поскольку исходными данными для них являются координаты базовых узлов, которые задаются при формировании КЭМ элементов поперечного набора, необходимо обеспечить автоматическую передачу координат базовых узлов из КЭМ элементов поперечного набора в КЭМ элементов продольного набора. Кроме того, необходимо обеспечить передачу в КЭМ элементов продольного набора таблиц распределения номеров базовых узлов по сечениям регулярной зоны. При этом, номера узлов в таблицах должны соответствовать номерам узлов в общей КЭМ, чем автоматически обеспечивается объединение КЭ, входящих в состав КЭМ элементов продольного набора, с КЭ, входящих в состав КЭМ элементов поперечного набора.