飞机机身HyperMesh有限元建模的规划方法

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　　摘 要
　　作为有限元仿真的基础，CAE网格的简化形式和质量对计算结果的准确性十分重要。本文描述了飞机整体部段模型和详细模型的简化和检查方法，可供有限元建模时参考使用。
　　关键词
　　CAE;网格简化;网格质量
　　中图分类号： TP391.41                      文献标识码： A
　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.060
　　1 整体有限元建模
　　整体有限元模型一般用在方案布局迭代设计时的强度估算和详细分析时的载荷传递。依据三维模型建立CAE整体模型时，可如下简化：
　　a）网格的节点位于理论外形上，框平面和长桁轴线的交点处。相邻的框和长桁间形成一个四边形或则三角形网格。
　　b）机身蒙皮主要承受面内的张力和剪力，将蒙皮简化为二维单元。
　　c）框考虑承受框平面内的弯曲。框缘简化为梁元，其剖面型式及尺寸用框实际剖面确定;框腹板简化为壳元，厚度取实际腹板厚度。
　　d）长桁考虑只受拉压应力，故简化为杆元，其剖面积选取长桁实际面积。
　　2 细节有限元建模
　　处理正确且质量良好的细节有限元模型才能正确反映结构设计细节，求解得到正确的位移、应力结果。细化有限元建模可参考如下：
　　几何清理：尽量在CAD软件中建立高质量的三维数模，减少导入前处理后所需的几何清理工作量。
　　抽取中面：由于飞机大部分的零部件为薄壁结构，采用壳单元建模既能保证计算精度，又能控制计算规模。抽取中面后应仔细检查并进行修补，确保中面连续并位于中间位置，也可后续于中间位置手工创建单元。
　　网格划分：单元尺寸的确定既要考虑各个细节，也要考虑单元总数和计算规模。单元类型要尽量选择四边形单元和六面体单元，才能保证足够的计算精度。
　　铆钉处理：当单元尺寸大于三倍铆钉直径以上时，不需要对铆钉进行细化处理，可直接生成CWELD单元。如果需要建出铆钉（或螺栓）细化模型，需在孔周边增加至少六个四边形单元，然后通过CWELD或者梁单元进行模拟。
　　质量检查：要制定质量检查标准，通过仔细修改网格来提高单元质量。时间紧迫可以适当降低单元质量标准，但应尽量避免。检查数值可参照表1。
　　3 过渡有限元建模
　　二维单元之间尽量采用1變3和1变2的过渡方式。
　　三维单元和二维单元过渡时，可以考虑在连接局部区域的三维单元上通过提取边界建立与三维单元共节点的厚度很薄的壳单元，再与相邻的二维单元相连。
　　一维单元与二维单元可以直接共节点，也可以通过刚性单元连接。
　　参考文献
　　[1]HyperWorks进阶教程系列《HyperMesh&HyperView应用技巧与实力分析》.王钰栋，金磊，洪清泉，编著.
　　[2]《机械设计手册》徐灏主编.
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