复合材料开口结构参数化建模技术研究

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1、第４４卷第２期航空计算技术Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．２２０１４年３月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＭａｒ．２０１４复合材料开口结构参数化建模技术研究江红星，赵美英，彭湃（西北工业大学航空学院，陕西西安７１００７２）摘要：基于ＭＳＣ．Ｐａｔｒａｎ软件，运用ＰＣＬ语言编写了参数化建模程序，实现了多种开口形式和加强形式的复合材料开口结构二维模型快速化、自动化建立。运用刚度等效原理将复合材料任意截面形式的筋条等效成各向同性矩形实心筋条，解决了目前有限元软件中没有提供复合材料一维梁单元的

2、问题。结合复合材料开口结构刚度计算与优化设计实例，验证了建模方法的准确性与实用性。关键词：复合材料开口结构；ＰＣＬ；参数化建模；刚度等效原理中图分类号：Ｏ２４２．２１　　　文献标识码：Ａ文章编号：１６７１桘６５４Ｘ（２０１４）０２桘０１０２桘０４ResearchonParameterizedModelingofCompositeLaminateswithCutoutsＪＩＡＮＧＨｏｎｇ桘ｘｉｎｇ，ＺＨＡＯＭｅｉ桘ｙｉｎｇ，ＰＥＮＧＰａｉ（SchoolofAeronautics，Northwester

3、nPolytechnicalUniversity，Xi′an７１００７２，China）Abstract：ＢａｓｅｄｏｎＭＳＣ．Ｐａｔｒａｎｐｒｅ桘ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ｔｈｅｐｒｏｃｅｄｕｒｅｏｆｐａｒａｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇｉｓｐｒｏｇｒａｍｍｅｄｗｉｔｈＰＣＬ，ｗｈｉｃｈｃａｎｂｕｉｌｄｔｗｏ桘ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｍｉｎａｔｅｓｗｉｔｈｃｕｔｏｕｔｓａｕｔｏｍａｔ-ｉｃａｌｌｙａｎｄｒａｐｉｄｌｙ．Ｄｅｐｅｎｄｉｎｇｏｎｔｈｅ

4、ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｓｔｉｆｆｎｅｓｓｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅ，ｏｎｅ桘ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｉｓｏｔｒｏｐｉｃｓｏｌｉｄｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｂｅａｍｉｓｕｓｅｄｔｏｅｑｕａｌａｒｂｉｔｒａｒｙｃｒｏｓｓ桘ｓｅｃｔｉｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｒｉｂｓ，ｗｈｉｃｈｓｏｌｖｅｓｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｃｕｒｒｅｎｔｌｙｕｓｅｄＣＡＥｓｏｆｔｗａｒｅｄｏｎ′ｔｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｏｎｅ桘ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂｅａｍｅｌｅｍｅｎｔ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅａｃ-ｃｕｒａｃｙａｎｄｐｒａｃｔ

5、ｉｃａｌｉｔｙｏｆｔｈｉｓｍｏｄｅｌｉｎｇｔｈｅｏｒｙａｒｅｐｒｏｖｅｄｂｙａｎｅｘａｍｐｌｅａｂｏｕｔｓｔｉｆｆｎｅｓｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ．Keywords：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｍｉｎａｔｅｓｗｉｔｈｃｕｔｏｕｔｓ；ＰＣＬ；ｐａｒａｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｓｔｉｆｆｎｅｓｓｅｑｕｉｖａ-ｌｅｎｃｅ引言的实体结构进行的损伤破坏形式、承载特性以及开口［２－４］补强的分析，很少有涉及参数化建模方面的研究。由于使用维护的要求，机身

6、上必须设置各种大小本文基于ＭＳＣ．Ｐａｔｒａｎ前处理软件，结合Ｃ＃与ＰＣＬ语不一的开口，如客机瞭望窗，各类检查维修用舱口，梁、言开发了复合材料开口结构参数化建模平台。对复合肋、框的操纵系统或其他系统的管道、电缆的通过孔材料开口结构进行了合理的简化、完整的参数化描述，等，开口形状也由标准的圆形、矩形变得更为多样化。运用刚度等效法，将各种截面形式的复合材料加强筋开口的存在，必然引起应力集中和强度下降，同时，复等效成各向同性矩形实心筋条。实例表明，在该平台合材料较传统金属材料对缺口更加敏感、孔边应力集中可

7、以快速准确地实现该类结构多种开口形式和加强中情况更为严重。因此，对复合材料开口结构更应该形式的二维模型的建立，为设计者提供很大的便利。精心设计。经验表明，有限元建模在整个有限元分析中占７０％～８０％的工作量。而且在目前的有限元建模中，一般为交互式，若要改变某些参数，就需重新建１　参数化建模的实现［１］模，势必会使工作量增大。这样就不能很好地适应１．１　ＰＣＬ语言产品设计时的动态特性，影响了设计的自动化程度和ＭＳＣ．Ｐａｔｒａｎ有限元软件具有齐全的前后处理功设计效率。为了能在结构打样前就得到较为合理的

8、结能，应用ＰＣＬ（ＰａｔｒａｎＣｏｍｍａｎｄＬａｎｇｕａｇｅ）并结合会话构形式，参数化建模是结构设计中必不可少的手段。文件对其进行二次开发实现结构的参数化建模方便目前对复合材料开口结构的研究往往是针对现有可行。收稿日期：２０１３－１１－０２　　　修订日期：２０１４－０１－３０作者简介：江红星（１９８９－），男，四川达州人，硕士研究生，主要研究方向为飞行器结构设计。２０１４年３月江红星等：复合材料开口结构参数化建模技术研究·１·３０ＰＣＬ语言的语法结构类似Ｃ语言，它提供