一种基于精确刚度分析的刚性连接单元

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1、第8卷第1期2017年2月航空工程进展ADVANCESINAER()NAUTlCALSCIENCEANDENGINEERINGV01．8No．1Feb．2017文章编号：1674—8190(2017)01—068—05一种基于精确刚度分析的刚性连接单元何鹏秋，孙秦(西北工业大学航空学院，西安710072)摘要：NASTRAN刚性连接单元RBE3中的权因子需要人为设定，由此导致分配节点载荷具有较强的主观性。针对该问题，基于结构刚度矩阵的缩聚原理提出一种精确的刚性连接单元，该单元可将指定节点上的载荷精确分配至

2、结构的主要承力节点，并能有效克服RBE3单元中权因子不直观且难以确定的缺点。通过算例验证，表明采用本文所提出的精确刚性连接单元可以精确完成由加载节点到主要承力节点的载荷分配计算，且所得载荷分配结果更为精确可靠。关键词：刚性连接单元；RBE3；载荷分配；刚度缩聚；刚度特性中图分类号：V214．1文献标识码：ADOI：10．16615／j．cnki．1674—8190．2017．01．010ANewRigidConnectionElementBasedontheAccurateStiffnessAnalysi

3、sHePengqiu，SunQin(SchoolofAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Therigidconnectionelement(RBE3)inNASTRANrequirestheusertOspecifytheweightfactorofeachmainstructurenodesubjectively．Asaresult，theuserdefinedloadweightfacto

4、rsmakethecalculationofthedistributedloadsinaccurate．Todealwiththisdrawback，anewrigidconnectionelementbasedontheprinci—pieofstructurestiffnessmatrixcondensationisproposedtOaccuratelycalculatethedistributedloadsactingatthespecifiednodetOthemainstructurenode

5、s．Consequently，thenewelementeffectivelyovercomesthesubjec—tivityoftheRBE3element．Thenumericalresultsshowthatthenewelementcanaccuratelyderivetheloaddis—tributionofthemainstructurenodesandmakethesolutionofdistributed10adsmoreaccurateandreasonable．Keywords：r

6、igidconnectionelement；RBE3；loaddistribution；stiffnessmatrixcondensation；stiffnessproperty0引言在飞机结构设计中，经常会遇到一些结构参数不确定或者结构强度为非主要研究对象的设计对象。例如，在飞行器机身设计验证阶段，发动机、起落架等不确定或复杂结构可以适当简化为一个节点，只需将这些结构上作用的载荷等效传递至机身便可完成机身结构的初步设计及强度校核。这样既有效提高了整机有限元数值分析的建模效率，又能避免由于模型结构不确定而

7、导致无法进行结构收稿日期：2016-12-09；修回日期：2017-01—03基金项目：国家自然科学基金(51375386)通信作者：孙秦，sunqin@nwpu．edu．cn有限元力学性能分析的问题。在载荷传递分析中，多使用NASTRAN中的刚性连接单元RBE3完成由指定加载节点到主要承力构件的载荷传递分析口‘3]。由于RBE3建模方便，目前已被广泛应用于飞机机翼和机身设计n。5]、火箭动力特性分析。6彳]、导弹固有特性分析旧]、汽车应力强度分析J]、卫星固有频率分析口叩等有限元数值仿真中。在RBE3单

8、元中，各个主要承力节点上的分配载荷主要通过用户指定的权因子来分配计算[11。2

9、，用权因子来表征不同承力节点处的刚度特性。然而，该方法也有不足之处，首先，它假定主要承力节点中的每一节点在不同方向上的刚度特性相同，但实际上结构在不同方向上的刚度值通常存第1期何鹏秋等：一种基于精确刚度分析的刚性连接单元69在较大差异，例如对一个薄板进行弯曲远比对其进行拉伸容易，故假定节点在各个方向上的刚度一致是不合理的；其次，RBE3单元中权因子