复合材料机械连接结构参数化建模与分析

1144766066 · 发表于 2022-5-15 08:40:47

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航空复合材料结构中存在大量的连接结构。在飞机结构设计中，连接设计是重要的设计内容。使用有限元法对复合材料连接结构进行分析和强度预测，以减少试验成本和设计时间是，是复材接头设计的发展方向。建立参数化、智能化的接头有限元建模、分析插件，可以有效降低有限元法在工程中应用的门槛，提高工程设计效率。本文使用MSC.Marc对复合材料螺栓连接结构进行三维接触有限元分析，使用MSC.Patran的二次开发语言PCL开发了螺栓结构的界面化分析插件。使用MSC.Patran建立了复合材料连接结构的参数化有限元模型，提取其典型部件建模方法进行参数化，自动完成整个模型的建模。通过开发的PCL建模函数，可自动完成多种形式和参数的连接结构的自动建模。结合MSC.Marc并行计算算法和复合材料机械连接结构的特点，本文改进了螺栓连接结构并行有限元计算方法，采用一种考虑接触的区域分解新方法，在满足精度要求的前提下，有效提高了并行计算效率，减少分析时间。计算结果与之前研究吻合较好。参数化建模和并行计算的结合，为大规模连接结构的三维接触有限元分析乃至优化设计提供了可行的方法。使用PCL开发了界面化的用于分析复合材料螺栓连接结构的MSC.Patran插件。使用该插件，可以自动、快速地对不同设计参数的连接结构进行建模、分析，为对连接结构参数化分析和设计提供了方便。在插件开发过程中使用UltraEdit搭建了方便、高效的PCL程序编辑环境。最后，使用开发的插件对三种典型复合材料连接结构进行了有限元分析，验证了插件采用的建模方法和计算设置的准确性和和易用性，以及采用的考虑接触的区域划分方法与传统区域化方法相比的效率和准确度。

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