三角形机翼参数化有限元网格划分与调整方法

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1、2015年9月第41卷第9期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsSeptember2015V01．41No．9http：}}bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．enDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0641三角形机翼参数化有限元网格划分与调整方法许孟辉，邱志平4(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)摘要：为缩短有限元建模周期，提高三角形机翼结构

2、分析、设计与优化的效率疲，首先，以其满足预定气动性能的几何外形为输入，定义了易用的有限元节点与单元的编号规则；基于可设计的机翼内部构型参数及可变的有限元尺寸参数的设置，引入了翼肋贯穿截止准则以满足任意输入的内部构型的初步判断；借助自定义形状矩阵完成了节点布置与单元生成，进一步通过有限元网格细化完成了开口设置、翼肋贯穿位置修正及桁条建模．然后，基于已建立的有限元网格实现了内外侧副翼翼肋位置的小幅调整及旋转舵面的角度调整，以满足不同飞行状态下结构分析需求．最后，应用PCL语言开发了参数化建模模块，实例表明了方法的

3、有效性和模块可靠性．关键词：三角形机翼；参数化建模；有限元模型；PCL语言；二次开发中图分类号：V221文献标识码：A文章编号：1001-5965(2015)09—1659m7三角形机翼(三角翼)是轻型飞机及歼击机的典型代表构型之一．作为提高设计质量和缩短设计周期的重要途径，计算机仿真技术及相关软件系统在三角翼的初步设计和详细设计中得到了大量应用¨。3J．而当前三角翼结构的有限元建模耗时低效，已成为限制其结构分析、设计与优化整体效率的瓶颈问题之一H4o．参数化有限元建模是提高有限元模型构建效率必不可少的手段之

4、一．MSC．Patran是国际航空航天器结构分析领域的基准软件，也是工业领域内著名的并行框架式有限元前后处理及分析仿真系统．用户可利用其强大的PCL(PatranCommandLanguage)语言¨。4o和编程函数库将自行开发的应用程序、功能及应特殊要求开发的内容直接嵌入MSC．Patran的框架系统，或单独使用或与其他系统联合使用．本文以其为平台引入三角翼结构的参数化有限元网格快速建立与调整方法，提高结构分析、设计与优化效率．刘虎等”‘71研究了机身／机翼结构的参数化几何建模方法与参数化有限元建模方法，虽

5、可以人工控制有限元节点与单元信息，但机翼结构的参数化有限元建模的前提是实现其参数化几何建模．舒恪晟等∽1以PCL语言开发了机身结构参数化几何建模软件，但并未实现对应有限元建模．陈小前等∽1与何祖平和王德禹¨叫在实现结构参数化建模过程中以基于MSC．Patran的参数化几何建模为输入，通过网格种子实现结构的有限元建模，无法实现对有限元节点与单元的人工可控．陈博等‘11]、匡国强和张晓晶‘121与刘斌等¨31以不同分析目的为指导借助PCL语言实现结构的快速建模与分析，但所提方法无法应用于三角翼结构收稿日期：201

6、4-10．16；录用日期：2014—11-20；网络出版时间：2015-03-2314：48网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／detail／11．2625．V．20150323．1448．001．html基金项目：北京航空航天大学博士研究生创新基金(YwF一14-YJSY-017)；国防基础科研项目(JCKY2013601B)作者简介：许孟辉(1986一)，男，山东德州人，博士研究生，13716408732@163．corn+通讯作者：邱志平(1962一)，男，吉林长春人，教授，zpiu@bu

7、aa．edu．ca，主要研究方向为飞行器设计、结构动力学、可靠性分析与优化设计等．；f用格式：许孟辉，邱志平．三角形机翼参数化有服元网格划分与调整方法fJJ．北京航空航天大学学报，2015，41(9)：1659-1665．XuMH．QiuzP．Parametricfiniteelementmeshingandadjustmentfordeltawing￡

8、1．10umMofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(9)：1659—1665(in

9、Chinese)．1660北京航空航天大学学报2015年的参数化有限元建模，并且有限元的节点与单元信息可控性差．为克服结构参数化有限元网格划分对参数化几何建模的依赖，并且有效控制有限元节点与单元信息(位置或编号)，本文以典型多梁式三角翼结构为对象探讨其参数化有限元网格划分方法．1三角翼及其预处理三角翼(如图1所示)结构由主机翼(Pn、P。：和P。，)、前缘襟翼(P：)和内外侧副翼(P，和P。)组成，