(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111538267.2 (22)申请日 2021.12.15 (71)申请人 中国航空工业 集团公司成 都飞机设 计研究所 地址 610091 四川省成 都市青羊区日月大 道1610号 成都飞机 设计研究所计划发 展部 (72)发明人 王凡　潘绍振　周游　张志贤　 钟贵勇　 (74)专利代理 机构 中国航空专利中心 1 1008 代理人 王世磊 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06T 17/20(2006.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种获取受舵面偏转影响的结构关键部位 应力谱的方法 (57)摘要 本发明属于飞机疲劳强度设计技术领域， 具 体涉及一种受舵面偏转影响的结构关键部位应 力谱的方法。 以舵面自动偏转、 多工况批处理计 算、 载荷自动提取等技术为基础， 快速获取上千 种舵面偏转角度情况下的舵面交点载荷， 提出通 过载荷分区， 分类构建受舵面偏转影 响结构的关 键部位的应力分量与交点载荷分量线性方程的 方法， 有效获取了满足受舵面偏转影 响结构耐久 性和损伤 容限设计要求的关键部位应力谱， 提高 了这类结构的耐久性和损伤容限设计效率。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 114357827 A 2022.04.15 CN 114357827 A 1.一种获取受舵面偏转影响的结构关键部位应力谱的方法， 其特征在于， 包括如下步 骤： 第一步： 由于在全机有限元模型中， 舵面上各个有限元节点的与全机的相对位置可由 舵面的基准坐标系来控制， 因此， 根据全机 设计谱中的各工况的实际舵面偏度， 通过批处理 程序对舵面的基准坐标系进行偏转， 代替物理上 的舵面偏转， 得到设计谱中不同舵面偏度 下的全机有限元应力分析计算文件； 第二步： 将所述第一步的计算文件提交求解器计算， 采用载荷 自动提取工具快速获取 设计谱中上千种舵面偏度不同的工况的舵面交点载荷； 第三步： 根据所述第二步交点载荷数据， 根据交点载荷合力与参考坐标轴的角度， 等间 距地将载荷分为 k类； 第四步： 根据所述第三步的载荷分类， 在每个类中每隔一定角度选择一个工况作为典 型工况； 第五步： 提取 所述第四步典型工况的偏度下， 受舵面偏转影响结构的边界载荷； 第六步： 建立受舵面偏转影响结构的三维实体细节有限元模型， 施加所述第五步的典 型工况的边界载荷， 计算获得受舵面偏转影响结构的三维应力场； 第七步： 根据所述第六步的分析结果， 确定受舵面偏转影响结构的关键部位， 并提取典 型工况下关键部位的最大或最小 主应力以及六个 应力分量； 第八步： 对于所述第四步的每一种载荷分类， 选择关键部位主应力绝对值最大的两个 工况作为基准工况， 建立所述第七步中每一个应力分量与基准工况交点载荷分量的线性方 程， 求解得到每 个应力分量下 各载荷分量的权 重系数； 第九步， 采用所述第八步得到的权重系数， 根据所述第二步中设计谱下各工况的受舵 面偏转影响结构的交点载荷， 预测得到 关键部位在所述第三步的载荷分类中的各工况下的 应力分量； 第十步， 采用弹性力学主应力计算公式， 根据 所述第九步的应力分量， 计算得到受舵面 偏转影响结构的关键部位在设计谱各工况下 的最大或最小主应力， 从而得到实际偏度下， 受舵面偏转影响结构的关键 部位的应力谱。 2.根据权利要求1所述的一种获取受舵面偏转影响的结构关键部位应力谱的方法， 其 特征在于， 在所述第二步中， 编制批处理控制文件， 将不同舵面偏度下的全机有限元应力分 析计算文件逐一提交计算， 获得舵面偏度不同的上千种工况 的交点载荷， 采用载荷自动提 取工具快速提取 上述工况的舵面交点载荷。 3.根据权利要求1所述的一种获取受舵面偏转影响的结构关键部位应力谱的方法， 其 特征在于， 在所述第三 步中， 载荷分类的数量 k的取值区间为[4,72]。 4.根据权利要求1所述的一种获取受舵面偏转影响的结构关键部位应力谱的方法， 其 特征在于， 在所述第四步中， 在所述第三步的每一种载荷分类中选取典型工况， 间隔角度取 值区间为[5 °,30°]。 5.根据权利要求1所述的一种获取受舵面偏转影响的结构关键部位应力谱的方法， 其 特征在于， 在所述第五步中， 采用批处理方式， 计算并提取受舵面偏转影响结构的边界载 荷。 6.根据权利要求1所述的一种获取受舵面偏转影响的结构关键部位应力谱的方法， 其权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114357827 A 2特征在于， 在所述第七步中， 确定 关键部位并提取其主应力和六个应力分量， 确定 关键部位 的原则为： 选出主应力绝对值最大或者主应力超过材料强度极限的50％的部位， 对部位的 细节特征进行分类， 选择每一类中主应力绝对值 最大的部位作为关键 部位。 7.根据权利要求1所述的一种获取受舵面偏转影响的结构关键部位应力谱的方法， 其 特征在于， 在所述第八步中， 选择关键部位主应力绝对值最大的两个工况为基准工况， 建立 所述第七步中的每一个应力分量与相应的交点载荷分量的线性方程组， 如公 式(1)所示， 求 解得到每 个应力分量下 各载荷分量的权 重系数； 其中， σij为应力分量， σij＝σji， i,j＝1,2,3。 σ11＝σx表示直角坐标系中沿x方向的正应 力、 σ22＝σy表示直角坐标系中沿y方 向的正应力、 σ33＝σz表示直角坐标系中沿z方 向的正应 力、 σ12＝σ21＝τxy＝τyx表示xy平面上的剪应力、 σ13＝σ31＝τxz＝τzx表示xz平面上的剪应力、 σ23＝σ32＝τyz＝τzy表示yz平面上的剪应力。 Fy、 Fz为y向和z向的交点载荷分量， a、 b表示权重 系数。 8.根据权利要求1所述的一种获取受舵面偏转影响的结构关键部位应力谱的方法， 其 特征在于， 在所述第十步中， 采用弹性力学中的主应力计算 公式， 根据所述第九步的应力分 量， 计算得到 设计谱各工况下关键部位的最大或最小主应力， 从而得到实际偏度下， 受舵面 偏转影响结构的关键 部位的应力谱， 用于开展此类结构的耐久性及损伤容限分析。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114357827 A 3