横向加强构件作用下的开口薄壁梁等效建模方法.pdf

《横向加强构件作用下的开口薄壁梁等效建模方法.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2016年7月第42卷第7期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsJuly2016V01．42No．7http：／／bhxb．buaa．edu．CBjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0456横向加强构件作用下的开口薄壁梁等效建模方法邓昊，程伟+(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100083)摘要：卫星结构中通常有大量横向加强构件作用下的开口薄壁杆件，横向加强构件一般沿杆件轴向均匀分布，通过对这类

2、结构研究，理论上证明了这种结构的振动微分方程与普通的开口薄壁梁振动微分方程有相同的形式，因此可以用开口薄壁梁单元进行等效计算。本文建立了开口薄壁梁的3种数学模型：有限元模型、传递矩阵模型和解析模型。采用优化理论中序列二次规划对等效截面参数进行辨识，同时分析了不同目标函数对辨识结果的影响，并且提出了一种对截面初始参数进行估计的方法。对于有限元模型，提出采用MATLAB与ABAQUS交互式参数优化方法，充分结合二者优点可以快速高效地对截面参数进行优化辨识，具有较强的通用性。通过实验验证了这种等效建模方法的正确性与精确性。所提出的等效建模方法可以减少90％以上的

3、单元数量。通过建立这种简化模型，可以大幅度提高整星结构模型修正与结构重分析的效率。关键词：横向加强构件；开t：／薄壁梁；振动微分方程；等效建模；参数优化辨识中图分类号：TV312文献标识码：A文章编号：1001-5965(2016)07-1469—10在航空航天的结构中存在着大量的开口薄壁结构，由于开口薄壁结构的抗扭性能较差，而横向加强构件的存在可以大大改善开口薄壁结构受扭后的变形应力状态。因此，为了提高其抗扭性能，通常在结构中使用有横向加强构件的开口薄壁梁。由于横向加强构件的存在，使得结构的建模通常采用壳单元或实体单元。实体单元虽然可以很好地模拟真实结构

4、，但通常所需单元的数量较大，计算代价高昂。而使用壳单元虽能有效地减小单元数量，但是薄壁构件通常存在大量的圆角，壳单元对圆角进行建模通常很困难且步骤繁琐⋯。因此，为了更有效地对有横向加强构件的薄壁杆件建模，本文提出运用开口薄壁梁单元对其进行等效建模，单元的截面参数可以通过参数辨识的方法得到。这种方法可以大幅度地减小单元数量与计算规模并且有很高的精度。Arpaci等旧。o研究了考虑扭转效应的开口薄壁梁的耦合振动特性。ProkicHl研究了任意截面形状的开口薄壁梁的动力学特性。Ambrosini等¨刮运用Vlasov理论计算了任意截面开口薄壁梁的振动频率。Pro

5、kico川考虑了复杂薄壁梁振动的耦合效应。本文在此基础上建立了有横向加强构件的开口薄壁梁的弯扭耦合振动方程。通过实验测得的固有频率，分别采用有限元法、传递矩阵法和解析法对模型进行参数优化辨识，从而建立了等效梁单元模型，通过与实测频率进行对比，验证了方法的正确性与精确性。1开口薄壁杆件弯扭耦合振动方程图1为开口薄壁梁横截面。考虑图1所示的弯扭耦合非对称薄壁梁单元截面，x和y轴通过截面剪切中心(剪心)S且平行于过形心的坐标轴收稿日期：2015-,07-07；录用日期：2015—10·10；网络出版时间：2015—11-1910：01网络出版地址：WWW．enk

6、i．nelfkems／detail／11．2625．V．20151119．1001．002．html}通讯作者：E-mail：cheng_wei@buaa．edu．ca5l甩格式：邓昊．程伟．横向加强构件作狠下昀开口薄壁粱等效建模方法【

7、]．北京航空航天大学学报，2016，42(7)：1469—1478DENGH．CHENGW．Equivalentmodelingmethodofopenthin·walledbeamunderactionoftransversestiffeningmember【J]JournalofBeijingUniversityofA

8、eronauticsandAstronautics，2016，42(7)：1469-1478(inChinese)．1470北京航空航天大学学报2016正戈和y，Js点与G。点为横截面的剪心与质心，剪心与质j心之间的2个坐标轴之间的距离分别为e。和e：。一般细长的开口薄壁杆件弯扭耦合振动方程‘81为卜窘一乳ix盯02一v-pA⋯叫=。∽窘+嘉∽0衫2__uu叫㈦酬-t-㈩k雾卅+雾+嘉c肚旷【

9、pAe：u+p／sO)：o式中：”为横截面剪心沿Y方向的位移；u为剪心沿戈轴方向的位移；0为横截面扭转角；p为材料密度；，。和Iy为截面关于石轴与y轴的惯性矩；．，

10、。和J。为截面翘曲常数和扭转常数；E为材料的弹性模量；，。为截面关