🗊 Раздел 3.1 Аэроупругость. Обзор.

Раздел 3.1 Аэроупругость. Обзор.

Связь структурной и аэродинамической моделей Структурная и аэродинамическая модели независимы до связи их сплайнами, которые используются для создания интерполяционной матрицы Матрица используется для определения перемещений в аэродинамической модели в зависимости от перемещений упругой (структурной) модели. Существует 5 видов сплайнов: Infinite plate spline – сплайн бесконечная плостина Thin plate spline - сплайн тонкая пластина Finite plate spline – сплайн конечная пластина Linear (beam) splines - линейный (балка) сплайн Explicit constraint relation – выражение явного защемления В аэроупругости MSC.Nastran используются степени свободы структурной модели

Связь структурной и аэродинамической моделей Используются два уравнения перехода: {u}k = [GdkG]{u}g {F}g = [GpGk]{F}K где k = обозначает множество аэродинамических точек g = множество структурных точек GkG = сплайн-матрица для преобразования перемещений структурной модели в перемещения аэродинамической модели GGk = сплайн-матрица для преобразования аэродинамических нагрузок в силы, действующие на конструкцию F = вектор сил u = вектор перемещений Принцип возможных перемещений GpGk = GdkGT Это уравнение может быть использовано, но не всегда успешно

Поверхностные слайны Поверхностные сплайны применяются для связи массива четырехугольных панелей со структурными узлами. Для описания поверхностных сплайнов используют уравнения из теории пластин Дано: Поперечная деформация дискретного множества точек (структурных узлов) Имеет место: Функция сглаживания деформаций для всех точек, основанная на уравнениях из теории пластин Получаем: Деформации второго дискретного множества (аэродинамических узлов)

Свойства поверхностных сплайнов Сплайн бесконечная пластина Классический метод построения моделей, применяемый в MSC.Nastran Aeroelasticity Используются уравнения для двухмерных бесконечных пластин Аналитические выводы представлены в разделе 2.4 MSC.Nastran Aeroelastic Analysis User’s Guide Сплайн тонкая пластина Является расширенным слайном бесконечной пластины и позволяет провести более точные расчеты для узлов не лежащих в одной плоскости. Предназначен для аэродинамических систем более высокого порядка Если структурные узлы компланарные то преобразуется в сплайн бесконечной пластины Исследование этого вопроса содержится в разделе 4.4 MSC.Nastran V70.5 Release Guide

Свойства поверхностных сплайнов Конечный плоский сплайн В методе конечных пластин используется интерполяция для четырехугольных пластин Избегайте эффекта «картофельных чипсов» на границе конструкций, который требует экстраполяцию из аэродинамических пластин. Обсуждение этого вопроса содержится в разделе 4.2 MSC.Nastran V70.7 Release Guide Сравнение линейных экстраполяций Линейная экстраполяция

Линейный сплайн Линейные сплайны используются, когда конструкция является жесткой в одном из направлений Уравенения для линейныех сплайнов получены из уравнений бесконечных балок Балки могут изгибаться относительно оси х и закручиваться относительно оси у Дано: поперечные деформации, углы наклонов и кручение множества дискретных точек на сплайне (стуктурные узлы присоединяются к жестким плечам) Имеет место: поперечные деформации и кручение всех точек на сплайне Получаем: деформации и углы наклона вдоль линии тока для аэродинамических узлов

Рекомендации по созданию сплайнов Сложные сплайны Каждый аэродинамический узел может определяться только одним сплайном Структурные узлы могут определяться несколькими сплайнами Аэродинамические узлы, не связанные со сплайнами, передающими перемещения, не будут перемещаться (аналогично: силы, действующие на аэродинамическую модель не будут передаваться на конструкцию, если нет сплайнов, передающих перемещения). Степени свободы структурной модели указываются в карте SET1 или карте SET2 Ось сплайна для пластин определяется в карте SPLINE2 в Bulk Data. Для тел: ось сплайна совпадает с осью х тела. Связи сплайна происходят в системе осей сплайна (связи на виртуальной структуре) DTOR определяет отношение жесткости на кручение к жесткости на изгиб Обычно пинимается DTOR = 1.0 При больших значениях DTOR преобладают крутильные деформации Важно что бы DZ, DTHX, DTHY > 0 По умолчанию DTOR равен 1.0

Рекомендации по созданию сплайнов Форсирование сплайна через каждую точку может привести к чрезмерно ограниченным состояниям. "Springs" может заменить вынужденные перемещения и выровнять сплайны. DZ контролирует поперечные перемещения = 0 Неупругие. Сплайн использует известные перемещения. > 0 Упругость пропорциональна заданной для известной точки DZ. DTHX и DTHY контролирует вращение вокруг X и Y = 0 Неупругие (по умолчанию) > 0 Упругость пропорциональна DTHX(Y) = -1 Сплайн не присоединен к связанной степени свободы USAGE позволяет разделить множество узлов, выбранных с опциями FORCE и DISP; некоторые узлы могут быть неспособны обеспечивать нагружение. SPLINE4 и SPLINE5 – альтернативные объекты для описания линейного и поверхностного сплайнов, которые обеспечивают поддержку основных аэродинамических параметров.

SPECIAL CASES FOR THE SPLINE Если два или более структурных узла имеют одинаковое положение при проецировании на некоторую виртуальную плоскость, необходимо использовать принудительное упругое закрепление во избежание вырождения интерполяционной матрицы. Однако, рекомендуется удалять особые точки. Для линейных сплайнов: три структурных деформации с одинаковыми координатами сплайна Y будут переопределять интерполяционные деформации. Требуется ввдение дополнительного параметра DZ для того что бы интерполяционная матрица была не вырожденной. Для линейных сплайнов: два структурных угла поворота с одинаковыми координатами Y приведут к вырождению интерполяционной матрицы. Используйте DTHX или DTHY > 0. Если для структурной модели вращательные степени свободы равны нулю, то крутильные связи линейного сплайна не должны быть связаны с этими нулевыми значениями. Аэродинамические элементы, которые были связанны со структурными посредством сплайнов с опцией USAGE = DISP, должны так же содержать опцию USAGE = FORCE.