一种计算试验件试验数据与分析数据一致性的方法

摘要

本发明公开了一种计算试验件试验数据与分析数据一致性的方法。所述方法包括如下步骤：步骤1：选定试验件上的试验点，在预设载荷条件下进行试验件的静力试验，并获得试验点的试验数据；步骤2获得所述试验件在预设载荷条件下的计算分析数据；步骤3：得到步骤1中试验点相对步骤2中试验件的位置关系，并将步骤1中的试验点与步骤2中的试验件建立对应关系表；步骤4：通过计算出试验数据与分析数据的相关性系数、均方差和相对偏差量等，绘制计算和试验的相关性曲线图。本发明所提供的结构静力分析方法，实现了对试验件的试验测量结果和结构分析结果的比较计算，有助于提高结构分析和试验质量，并为结构设计提供参考数据。

说明书

技术领域

本发明涉及静力结构分析技术领域，特别是涉及一种计算试验件试验数据与分析数据一致性的方法。

背景技术

结构静力分析实验会产生大量的试验测量数据，结构设计需要进行大量的结构分析计算，生成计算结构数据。

例如，飞机结构静力试验产生大量的试验测量数据，结构设计需要进行大量的结构分析计算，生成计算结果数据。飞机结构静力试验数据与分析数据一致性计算方法，对试验飞机考核部位的试验测量结果(主要是位移和应力)与结构分析计算结果进行比较计算，并对计算结果分析，在试验和分析两方面找原因，分别改进试验方法和建模方法，使两者更趋于一致，有助于提高结构分析和试验质量，并为结构设计提供参考数据。

现有技术中，尚没有一种方法来进行上述的工作。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构静力分析方法来克服或至少减轻现有技术的中的至少一个上述缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种计算试验件试验数据与分析数据一致性的方法，用于计算飞机或飞机部件，所述方法包括如下步骤：步骤1：选定试验件上的试验点，在预设载荷条件下进行试验件的静力试验，并获得试验点的试验数据；步骤2：以计算分析方法获得所述试验件在所述预设载荷条件下的计算分析数据；步骤3：得到在所述步骤1中的所述试验点相对于所述步骤2中的所述试验件的位置关系，并将所述步骤1中的所述试验点与所述步骤2中的试验件建立对应关系表；步骤4：通过计算出试验数据与分析数据的相关性系数、均方差和相对偏差量等，绘制计算和试验的相关性曲线图。

优选地，所述选定试验件上的试验点具体包括：位移测量点以及应力测量点。

优选地，所述位移测量点的选定方法为：选择所述试验件各个部位的交点处；所述应力测量点的选定方法为：限于选在单向拉压和平面应力区和/或选在应力变化梯度平缓区域。

优选地，所述预设载荷条件为：选取所述试验件的设计载荷的67％的载荷量进行静力试验。

优选地，所述计算分析方法包括解析法以及有限元法。

优选地，所述有限元法包括：建立试验件的有限元模型，并获得所述试验件在所述预设载荷条件下的计算分析数据；所述试验件的有限元模型中的所述试验点通过所述步骤3获得。

优选地，所述步骤3中的对应关系表至少包括如下数据：

所述步骤1中的试验点所对应在所述有限元模型中的试验点号、元素标号、元素类型、试验点坐标、试验点所对应的材料特性。

优选地，所述试验点为多个。

优选地，所述试验数据函数图以及所述计算分析数据函数图包括σ_J～σ_s曲线、Δσ－σ_s曲线、俄罗斯曲线ρ～|σ_S|、σ—X展开分布、P—Δ/ε概率密度分布曲线等多种曲线，以及位移DJ～DS曲线位移曲线，D—X位移测量曲线等图形。

本发明还提供了一种计算系统，所述计算系统用于如上所述的计算试验件试验数据与分析数据一致性的方法，所述计算系统包括：数据库单元，所述数据库单元用于存储函数；调用单元，所述调用单元用于调用所述数据库单元内的函数；函数生成单元，所述函数生成单元用于生成试验数据函数图以及计算分析数据函数图；函数对比单元，所述函数对比单元用于将所述试验数据函数图与所述分析数据函数图进行对比；模型构架单元，所述模型构架单元用于构架试验件的模型。

本发明所提供的结构静力分析方法，实现了对试验件的的试验测量结果(主要是位移、应力或应变)和结构分析结果的比较计算，并对计算结果分析，在试验和分析两方面找原因，分别改进试验方法和建模方法，使两者更趋于一致。有助于提高结构分析和试验质量，并为结构设计提供参考数据。

附图说明

图1是根据本发明的计算试验件试验数据与分析数据一致性的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例型的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造型劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

图1是根据本发明的计算试验件试验数据与分析数据一致性的方法的流程示意图。

如图1所示的计算试验件试验数据与分析数据一致性的方法用于计算飞机或飞机部件。

如图1所示的计算试验件试验数据与分析数据一致性的方法包括如下步骤：步骤1：选定试验件上的试验点，在预设载荷条件下进行试验件的静力试验，并获得试验点的试验数据；步骤2：以计算分析方法获得试验件在预设载荷条件下的计算分析数据；步骤3：得到在步骤1中的试验点相对于步骤2中的所述试验件的位置关系，并将步骤1中的试验点与步骤2中的试验件建立对应关系表；步骤4：通过计算出试验数据与分析数据的相关性系数、均方差和相对偏差量等，绘制计算和试验的相关性曲线图。

可以理解的是，上述的步骤4中的偏差量(具体包括相关性系数、均方差和相对偏差量)即为一致性量值(趋势)，当该偏差量越小时(该相关性系数接近1，相对偏差量越小时)，其趋势趋同，从而一致性越好，相反则越差。

在本实施例中，选定试验件上的试验点具体包括：位移测量点以及应力测量点。即在本实施例中，选择测量点以及应力测量点。

在本实施例中，位移测量点的选定方法为：选择试验件各个部位的交点处；应力测量点的选定方法为：限于选在单向拉压和平面应力区和/或选在应力变化梯度平缓区域。

可以理解的是，上述的位移测量点可以选在梁、肋、框轴线交点处。可以理解的是，上述的应力测量点还可以根据其他条件进行选取，或者结合各个选取条件进行综合选取。例如，应力测量点还可以选择在受单向拉压和平面应力区，不宜选在三维应力区；选择在应力变化梯度较小的区域，不宜选在应力集中区；不宜选在失稳载荷小于使用载荷之处；尽可能选在相应元素的优选点。

在本实施例中，预设载荷条件为：选取试验件的设计载荷的67％的载荷量进行静力试验。之所以选择上述预设载荷条件，是因为考虑到试验件结构重量和加载杠杆重量的影响，小于30％载荷时测量不准确，参加计算的载荷为根据30％～67％之间的线性段的斜率推算的零点至67％的载荷差。

在本实施例中，计算分析方法包括解析法以及有限元法。

在本实施例中，采用有限元法，有限元法包括：建立试验件的有限元模型，并获得试验件在预设载荷条件下的计算分析数据；试验件的有限元模型中的所述试验点通过所述步骤3获得。

在本实施例中，步骤3中的对应关系表至少包括如下数据：

步骤1中的试验点所对应在有限元模型中的试验点号、元素标号(有限元元素标号、有限元元素类型)、元素类型、试验点坐标、试验点所对应的材料特性。

有利的是，为了使试验数据准确，试验点设置为多个。

在本实施例中，试验数据函数图以及计算分析数据函数图包括计算应力与试验测量应力相关线、σ_J～σ_s曲线、Δσ－σ_s曲线、俄罗斯曲线ρ～|σ_S|、σ—X展开分布、P—Δ/ε概率密度分布曲线等多种曲线，以及位移DJ～DS曲线位移曲线，D—X位移测量曲线等图形。

可以理解的是，上述的各种函数曲线根据所试验的试验件的不同以及所预分析的物理量的不同，而可以单独或者结合适用上述的各个函数曲线。

具体地，为了叙述方便，下面给出各个曲线的具体含义：

符号定义：σ_j计算应力值，σ_s试验测量应力值，D_j计算位移值，D_s试验测量位移值，n统计点数。

计算应力与试验测量应力相关线

设应力计算值σ_j与试验测量值σ_s的关系为：

σ_s＝kσ_j+Δσ………………………………………………………(1)

其中k定义为一致性系数，最佳期望值为1，Δσ为误差，并设其与应力大小无关，且服从正态分布，则根据最小二乘原理，可推出使Δσ的均方值最小的k如下，

应力一致性系数k：

(对位移将σ_j，σ_s换为D_J，D_S，下同)…………………(2)

应力均方根误差ε：

$>ϵ=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{({\sigma }_{si}-{\mathrm{k\sigma }}_{ji})}^2}{(n-1)}}\mathrm{...}\left(3\right)$>

应力相关系数γ：

$>\gamma =\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\sigma }_{ji}{\sigma }_{si}}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\sigma }_{ji}^2·\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\sigma }_{si}^2}}\mathrm{...}\left(4\right)$>

σ_j－σ_s曲线(95％包络线)：

σ_s＝kσ_j+2ε…………………………………………………………(5)

σ_s＝kσ_j-2ε…………………………………………………………(6)

俄罗斯曲线：

$>\rho ~\left|{\sigma }_S\right|,\rho =\left|\frac{{\sigma }_s}{{\sigma }_j}\right|-\mathrm{1...}\left(7\right)$>

概率密度曲线(单峰钟形)：

Δσ_i＝σ_si-kσ_ji………………………………………………………(8)

以为间距，分14段：(－∞，－3)，(－3，－2.5)…(2，2.5)，(2.5，3)，(3，∞)，统计落在每区间ε内的概率：р＝2m/n

n：统计次数，m：落在区的统计点数。

机身切面沿圆周方向展开应力分布

机身某一切面内,沿圆周方向展开的应力分布，采用付立叶曲线拟合:

$>\sigma =a_0+a_{1}cos\frac{2\pi x}{L}+b_1\sin \frac{2\pi x}{L}+a_{2}cos\frac{2\pi x}{L}+b_2\sin \frac{2\pi x}{L}+\mathrm{......}\left(9\right)$>

其中：$>a_0=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\sigma }_i}{n}$>

$>a_k=\frac{2\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\left[{\sigma }_{i}cos\frac{2{\mathrm{k\pi x}}_i}{L}\right]}{n}$>

$>b_k=\frac{2\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\left[{\sigma }_{i}sin\frac{2{\mathrm{k\pi x}}_i}{n}\right]}{n},k=1...m$>

x各测量点展开坐标

L圆周总长

拟合均方误差为：

$>ϵ=\sqrt{\frac{{(\sigma -{\sigma }_i)}^2}{n-2m-1}}\mathrm{...}\left(10\right)$>

机身沿航向(Y-X)或翼展(Y-Z)方向的位移曲线拟合方法

设位移计算值D_ji坐标X_i，试验测量值D_si，以此拟合的计算曲线为：

D_J(X)＝D_j0+D_J1X+D_J2X²+…+D_JmX^m…………………………(11)

D_s(X)＝D_js+D_s1X+D_s2X²+…+D_smX^m…………………………(12)

设函数：D_s(X)＝K_DD_j(X)……………………………………………(13)

视D_j(X)为已知，对i点的试验测量值为D_si，根据最小二乘法可求出：

$>K_D=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{D}_j\left(X_i\right)D_{si}}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\left[D_j\left(X_i\right)\right]}^2}\mathrm{...}\left(14\right)$>

K_D接近1时，说明一致性较好。

可以理解的是，上述只举例了其中几种曲线的具体方程及计算过程，其他公式未在此处详细阐述。可以理解的是，其他公式均为现有技术，因此不再赘述。

可以理解的是，上述的步骤2中的计算分析数据即各个曲线中所需要的数据，例如，计算应力数据等。

在本发明中还提供了一种计算系统，该计算系统用于实现上述实施例及优选实施方式，上述中已经进行过说明的即不再赘述。如以下所使用的，术语“单元或者模块”为可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置以软件来实现较佳，然而，通过硬件，或者软件和硬件的组合的实现方式也是可能并被构想的。

本发明还提供了一种计算系统，所述计算系统实现如上所述的计算试验件试验数据与分析数据一致性的方法，所述计算系统包括：

数据库单元，所述数据库单元用于存储函数；

调用单元，所述调用单元用于调用所述数据库单元内的函数；

函数生成单元，所述函数生成单元用于生成试验数据函数图以及计算分析数据函数图；

函数对比单元，所述函数对比单元用于将所述试验数据函数图与所述分析数据函数图进行对比；

模型构架单元，所述模型构架单元用于构架试验件的模型。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的相关装置和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置仅仅是示意性的，例如，所述模块和单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信临街，可以是电性、机械或其他的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使计算机处理器执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括U盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。