一种基于疲劳强度的无人机结构设计方法   0    0

本发明属于无人机结构设计领域，具体涉及一种减少计算量，提高设计效率的基于疲劳强度的无人机结构设计方法。具体包括：(1)输入无人机机体结构设计模型、待计算的风向u和风向的频率ω，将无人机机体结构设计模型转化为有限元分析模型；(2)评估无人机机体结构的有限元分析模型的疲劳强度，确认无人机机体结构的易疲劳热点等。本发明可以有效解决由于机体易疲劳位置结构复杂，因谱分析方法计算量庞大，从而导致降低设计容错率的技术问题。本发明为通过谱分析方法开展无人机结构疲劳度设计的方法带来了极大减少设计工作量、提高设计效率的技术效果。

1.一种基于疲劳强度的无人机结构设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)输入无人机机体结构设计模型、待计算的风向u和风向的频率ω，将无人机机体结构设计模型转化为有限元分析模型；
(2)评估无人机机体结构的有限元分析模型的疲劳强度，确认无人机机体结构的易疲劳热点；
(3)向无人机机体结构的易疲劳热点施加m种不同角度的风向，确定每种风向条件下易疲劳热点的疲劳累积损伤度Bi，i∈(0,m)，i为风向标号；选择Bi值最大的风向，设置为最危险风向；最危险风向对易疲劳热点的疲劳累积损伤度为Bmax，；
(4)计算Bmax与总疲劳累积损伤度B的确定性关系系数q；
(5)将最危险风向持续施加在无人机机体结构的易疲劳热点上，连续调整最危险风向的频率，采集并记录易疲劳热点的疲劳累积损伤度，选择对应易疲劳热点受到的最大应力的频率，设置为易疲劳热点的最危险频率，并获取该易疲劳热点应力的最大值τmax；
(6)计算易疲劳热点的应力与疲劳累积损伤度的关系p；
其中，n为设定的常数；
(7)计算对易疲劳热点施加频率为ω的风向u时，易疲劳热点处的应力τhot；
(8)计算对易疲劳热点施加频率为v的风向u时，易疲劳热点处的总疲劳累积损伤度Bu；

2.根据权利要求1所述的一种基于疲劳强度的无人机结构设计方法，其特征在于，所述的疲劳累积损伤度的确定方法为：
(3.1)采集无人机航率系数α；
(3.2)确认无人机疲劳计算的回复期Tr，Tr＝4.7×108s；
(3.3)根据无人机结构疲劳标准选取盈利疲劳S-N曲线参数 和n；
(3.4)根据n构建伽玛函数：
(3.5)确定在第n1个装载、风向i、航向j的情况下的应力响应谱的零阶矩m0ijn1和二阶矩m2ijn1；
(3.6)确定第n1个装载的时间分配系数pn1、第i个风向出现的概率pi和第j个航向出现的概率pj；
(3.7)确定在第n1个装载、风向i、航向j的情况下的应力响应过零率νijn1(3.8)计算无人机遭遇频率ωek下航向角为θ时易疲劳热点的波能谱Gηη(ωek,θ)(3.9)计算疲劳累积损伤度：

3.根据权利要求2所述的一种基于疲劳强度的无人机结构设计方法，其特征在于，所述应力的计算方法包括：
根据易疲劳热点周边的应力梯度，根据网格模型提取距离热点3t/2和t/2处的表面应力，t为风向周期，根据线性关系外插得到易疲劳热点处的应力，提取不同频率的具有单位波幅的规则波产生的各项载荷的实部τc和虚部τs，得到无人机机体结构在对应频率下的合成应力τ＝τc+iτs，选取易疲劳热点附近的四个有限元网格单元，计算得到的各单元应力τkx，τky，k＝1,2,3,4，为有限元网格标号，热点处的应力τhotx、τhoty为：
2
τhot的单位为N/mm。

4.根据权利要求3所述的一种基于疲劳强度的无人机结构设计方法，其特征在于，所述的计算无人机遭遇频率下航向角为时易疲劳热点的波能谱，包括如下步骤：
(3.8.1)确定平均空气波压力Hz和平均跨零周期Tz；
(3.8.2)测量无人机航速U；
(3.8.3)计算风波谱
(3.8.4)计算波能谱

5.根据权利要求4所述的一种基于疲劳强度的无人机结构设计方法，其特征在于，所述的易疲劳热点的平均跨零周期Tz为：

6.根据权利要求5所述的一种基于疲劳强度的无人机结构设计方法，其特征在于，所述的平均空气波压力Hz通过当地航空资料查得。