机翼结构有限元快速建模技术研究

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3、弘LD吲GNANDMANu融cTURING数字化设计与制造机翼结构有限元快速建模技术研究木ResearchonRapidWingStructuralFiniteElementModelingTechnology北京航空航天大学机械工程及自动化学院朱永洲席平唐家鹏中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司张泽峰[摘要】为提高飞机机翼结构初步设计阶段有限元建模的质量和效率，提出了机翼结构有限元参数化建模方法。采用模板技术将机翼结构几何建模过程中的方法、规则和专家经验等知识进行封装，在CATIA建模平台上通过VisualBasic开发了知识驱动的机翼结构几何参数化建模系统。研究了CAD与CAE系统

4、之间的数据传递手段，读取上游模型信息，完成了几何模型的重构。基于PATRAN二次开发语言PCL进行了有限元网格自动剖分，快速生成了有限元模型，并实现了CAD模型向CAE模型转换的无缝集成。关键词：机翼结构有限元模型参数化建模初步设计【ABSTRACTlInordertoimprovethefiniteele—mentmodelingqualityandefficiencyofaircraftwingstructureinthepreliminarydesignstage，amethodoffi—niteelementparametricmodelingofwingstructureisputf

5、orward．Knowledgeofdesignmethods，rulesandexpegexperienceisencapsulatedintoatemplate．Knowledge—drivenwingstructuregeometrymodelingsystemisdevel-opedbyVisualBasiconCATIAmodelingplatform．DatatransmissionmeansbetweenCADandCAEsystemsisstudied．Thereconstructionofthegeometricmodeliscom—pletedafterreadingups

6、treamgeometryinformation．BasedonthesecondarydevelopmentlanguageofPATRAN，thefiniteelementautomaticmeshingiscarriedoutandafi—niteelementmodelisquicklygenerated，achievingmodeltransformationseamlessintegrationofCAD／CAE．Keywords：WingstructureFiniteelementrood-elParametricmodelingPreliminarydesignDoI：10．1

7、6080a．issnl671．833x．2015．19．047有限元建模是有限元分析所必需的数据前处理过程，也是有限元方法在实际运用中的主要困难。经验表明，有限元建模在整个有限元分析工作量中占70％。80％左右”1，同时，有限元建模过程是一个不断迭代的动态过}国家自然科学基金(2009AA043306)资助。程，每一次迭代都需要进行新一轮的结构调整和有限元模型的重新生成，手动建模通常费时费力，而参数化建模是有限元模型快速、准确、高质量进行的有效手段。在航空领域，普遍采用CATIA软件进行几何造型【2l，但在基于Windows平台的V5版本中，其有限元分析模块还不完善。另一方面，由于CAE前处理

8、软件PATRAN几何建模能力较弱的局限性，很难在PATRAN内实现机翼结构几何建模的功能，所以对于机翼结构，基于CATIA几何建模、MSC．PATRAN／NASTRAN进行有限元分析的方法具有很强的实际意义。此外，CAE与CAD是密不可分的，相互独立的CAE和CAD系统势必造成设计资源和信息的重复浪费与不一致性，严重影响整个设计过程的效率【3】，为此，需解决CAD与CAE之间的数据通信以实现CAD／CAE的集成。本文定位于飞机结构初步设计阶段，旨在构建知识驱动的飞机机翼结构有限元快速建模系统。首先将机翼结构几何建模过程中的方法、规则和专家经验等知识进行封装，采用模板参数化技术在CATIA平台上

9、实现机翼结构骨架模型的快速生成，并进一步分割离散生成适于有限元网格剖分的几何网格模型。研究CAD与CAE系统之间的数据通信方式，利用PATRAN的PCL语言，实现了机翼有限元模型网格的自动剖分系统的设计。本文实现的有限元建模过程如图I所示。图1机翼结构有限元建模Fig．1FiniteElementModeling1几何模型参数化建模目前，机翼结构几何模型的生成通常由设计人员手动交互实现，其质量和结