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一、Hypersizer布置優(yōu)化方法 1.1 優(yōu)化原理 機(jī)翼布置優(yōu)化設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于，有限元網(wǎng)格與結(jié)構(gòu)構(gòu) 件的拓?fù)湮恢檬敲芮嘘P(guān)聯(lián)的 [1]，布置優(yōu)化過程中，如果改 變了長(zhǎng)桁的位置，則需要重新建立有限元模型，建模過程 耗費(fèi)大量的時(shí)間。

機(jī)翼的主要構(gòu)件包含了翼肋、翼梁、桁條和蒙皮。 機(jī)翼結(jié)構(gòu)的基本作用是構(gòu)成機(jī)翼的流線外形，同時(shí)將外載荷傳給機(jī)身。 機(jī)翼結(jié)構(gòu)在外載荷作用下應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和壽命。

機(jī)翼簡(jiǎn)易模型結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析與預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析●學(xué)習(xí)目標(biāo):如圖7-5所示，本實(shí)例為機(jī)翼簡(jiǎn)易模型結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析，通過本實(shí)例學(xué)習(xí)預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析的基本操作方法和相關(guān)設(shè)置。●起始文件: Ch7/Ch7-1/Airfoil modeling.wbpj。●結(jié)果文件: Ch7/Ch7-1/Airfoil modeling Analysis wbpj。

首先通過File-Import-CAD導(dǎo)入無人機(jī)三維模型，該模型通常包含機(jī)翼、機(jī)身、尾翼等部件。 針對(duì)無人機(jī)特有的薄壁結(jié)構(gòu)（如厚度僅1.5mm的碳纖維機(jī)翼蒙皮），需在Geometry標(biāo)簽下使用Surface Repair工具修補(bǔ)缺失面片，特別是機(jī)翼與機(jī)身連接處常出現(xiàn)的0.2-0.5mm微小間隙。

<p>本PCL程序可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)有限元模型一分鐘快速建模，極大地節(jié)約建模時(shí)間。</p><p>可自定義參數(shù)包括：</p><p>根梢比、根弦長(zhǎng)、 翼尖弦長(zhǎng)、后掠角、展長(zhǎng)、肋數(shù)、長(zhǎng)桁數(shù)及位置角度、墻(梁)數(shù)及各位置角度、機(jī)翼翼型數(shù)據(jù)等。</p><p>可自動(dòng)劃分網(wǎng)格，單元類型為1維桿單元、2維殼單元，并施加分布?xì)鈩?dòng)載荷、設(shè)置材料屬性、邊界條件等，輸出結(jié)果為相應(yīng)的db有限元模型。

從總體上來說，數(shù)值仿真計(jì)算中采用的網(wǎng)格可以大致分為結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格兩大類。 1。結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格是指網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)所有的內(nèi)部點(diǎn)都具有相同的毗鄰單元,為六面體；在拓?fù)?em>結(jié)構(gòu)上矩形區(qū)域內(nèi)的均勻網(wǎng)格，其節(jié)點(diǎn)定義在每一層的網(wǎng)格線上，且每一層上節(jié)點(diǎn)數(shù)都相等，但這樣復(fù)雜外形的貼體網(wǎng)格生產(chǎn)比較困難。

o 對(duì)于機(jī)翼蒙皮和肋板等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，需將蒙皮和肋板分割為獨(dú)立的面或體，以便后續(xù)定義接觸關(guān)系和鋪層順序。在接觸區(qū)域（如蒙皮與肋板的連接處），需進(jìn)行精確的幾何分割，確保接觸面清晰且邊界明確。o 為了便于共節(jié)點(diǎn)識(shí)別或接觸定義，可在接觸區(qū)域生成輔助線或面，確保網(wǎng)格劃分時(shí)節(jié)點(diǎn)對(duì)齊，避免因網(wǎng)格不匹配導(dǎo)致計(jì)算錯(cuò)誤。 2.2 材料定義1.

因此，一種技術(shù)包括從結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格中移除幾個(gè)塊（遠(yuǎn)離困難部分），然后重新插入一個(gè)非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格塊，其中包括復(fù)雜的尖端幾何形狀（如下例所示）。因此，大部分網(wǎng)格都是用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格完成的，但最復(fù)雜的部分是用非結(jié)構(gòu)化方法完成的。 這還不是全部。Cadence 還提出了使用初始結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的想法。實(shí)際上，對(duì)于體積到表面的方法，非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格通常基于進(jìn)一步細(xì)化的初始笛卡爾或圓柱網(wǎng)格。

圖3 無網(wǎng)格與有限元仿真計(jì)算步驟對(duì)比2 車體結(jié)構(gòu)的無網(wǎng)格分析計(jì)算與對(duì)比為了驗(yàn)證結(jié)構(gòu)無網(wǎng)格方法的計(jì)算效率以及模型計(jì)算結(jié)果的可信度，以典型特種裝備車體結(jié)構(gòu)為對(duì)象，分別采用無網(wǎng)格方法和有限元方法進(jìn)行仿真建模，并從結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析、結(jié)構(gòu)模態(tài)分析及結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析等方面對(duì)無網(wǎng)格方法的建模效率及模型計(jì)算精度進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

關(guān)注部位或者應(yīng)力大的位置，網(wǎng)格可以稠密一些。結(jié)構(gòu)尺寸大，或者不關(guān)心的位置，網(wǎng)格可以粗大一些用于降低計(jì)算規(guī)模，提高計(jì)算效率。Mesh位置右擊可以插入尺寸設(shè)置，選擇對(duì)應(yīng)體或者面后，記得左下角位置點(diǎn)擊確認(rèn)一下，不確認(rèn)相當(dāng)于沒選擇。 Static structure位置右擊，插入邊界條件，固定約束及機(jī)翼上下面的壓強(qiáng)載荷。

整個(gè)機(jī)翼仿真分析模板庫(kù)在ANSYS ACT平臺(tái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，建立過程包括搭建用戶輸入界面、機(jī)翼參數(shù)化建模、分析計(jì)算等。2.1.1模板庫(kù)開發(fā)模板庫(kù)的功能開發(fā)通過Python驅(qū)動(dòng)、XML接口、HTML顯示來完成，如圖1所示。Python負(fù)責(zé)調(diào)用Workbench平臺(tái)的功能模塊，并在模塊內(nèi)進(jìn)行分析計(jì)算等，包括在幾何模塊進(jìn)行幾何建模，在分析模塊進(jìn)行網(wǎng)格劃分、邊界條件加載和求解計(jì)算。

其中，采用ICEM劃分的高質(zhì)量結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對(duì)仿真精度起決定性作用：結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的規(guī)整拓?fù)涮匦钥删_捕捉攪拌區(qū)復(fù)雜渦流，確保流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果可靠性；其邊界層控制能力還能有效模擬近壁面湍流特性。若網(wǎng)格質(zhì)量不足，易導(dǎo)致數(shù)值擴(kuò)散或收斂困難，使仿真結(jié)果偏離實(shí)際物理現(xiàn)象。因此，ICEM生成的高質(zhì)量結(jié)構(gòu)網(wǎng)格是獲得準(zhǔn)確攪拌釜仿真數(shù)據(jù)的重要基礎(chǔ)。

4 單元拼接建模驗(yàn)證以B結(jié)構(gòu)艙段為例，由于該艙段下部較為簡(jiǎn)單，在幾何建模軟件中將其切割為上、下兩部分，上部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用MSC.Apex軟件進(jìn)行二階四面體網(wǎng)格劃分，下部分結(jié)構(gòu)依托Hyper Mesh軟件進(jìn)行手動(dòng)六面體網(wǎng)格建模。

此功能啟動(dòng)自動(dòng)網(wǎng)格劃分功能，但仍保持整個(gè)建模工作流程的靈活性。截面的網(wǎng)格分布格式可以在網(wǎng)格頁簽下的網(wǎng)格參數(shù)中定義。 -準(zhǔn)備一個(gè)自定義曲線的設(shè)計(jì)布局或已經(jīng)指定屬性的線組件。 -單擊圖標(biāo)并選擇目標(biāo)線組件來創(chuàng)建結(jié)構(gòu)實(shí)體網(wǎng)格。 -按下 Enter 鍵，實(shí)體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格將根據(jù)線組件來創(chuàng)建。 4.

(1) BlockRanger (BR) 對(duì)實(shí)體劃分成結(jié)構(gòu)化的六面體網(wǎng)格(2) GInt 對(duì)表面網(wǎng)格相交的部分進(jìn)行調(diào)整, (3) GSurf 非結(jié)構(gòu)化的表面網(wǎng)格劃分，以指定的參數(shù)創(chuàng)建非結(jié)構(gòu)化表面網(wǎng)格(4) GVol 非結(jié)構(gòu)化的四面體/六面體為主的網(wǎng)格劃分(5) GHeal 一組用于識(shí)別和修復(fù)表面網(wǎng)格問題的工具 (6) GExtract 一組根據(jù)用戶指定的準(zhǔn)則提取部分表面網(wǎng)格的工具

結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格（上）與非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格（下）挑 戰(zhàn) 由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的原因，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相比于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，其算法計(jì)算訪存比更低，同時(shí)訪存更加離散。另一方面，隨著超級(jí)計(jì)算機(jī)架構(gòu)演變，相較浮點(diǎn)性能的大幅提升，內(nèi)存帶寬日益成為瓶頸，讓非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格仿真計(jì)算更加受限。架構(gòu)演變也催生了多樣的編程模型和加速庫(kù)。