民用飞机有限元模型拼接与修改技术探讨

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摘 要：在民用飞机强度设计中，有限元模型发挥着重要作用，但由于其涉及的结构众多，根据结构设计的分工不同，将其分解为若干个部段，而发展针对各个部段设计的有限元模型的拼接和修改技术很有必要；合理的模型拼接和修改技术，不仅可以提高整体模型的可靠性，亦可大大提高工作效率。

关键词：有限元模型 模型拼接 模型管控

中图分类号：V214.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（c）-0071-01

在民用飞机强度设计中，全机级有限元模型往往会分为若干个部段，由各个部段负责人对其进行把控，由指定专业负责模型的拼接与修改；大至全机级，小至部段级，模型的分工合作均较为频繁，因此发展合理的、高效的模型拼接与修改技术很有必要。

1 传统做法介绍

传统的做法为人工在有限元软件MSC.PATRAN中将需要拆分的有限元模型手工建立组进行分解，然后分发给相关模型负责人；相关模型负责人通过直接修改bdf或者在相关的软件中修改，这样做的优点是模型修改全部在人为把控之下，对修改过程及修改结果了解比较详细，缺点是效率低，一些人为错误难以检查发现；同样模型拼接过程亦可使用软件或者手动进行，然而由于工作人员的不同，其效率及可靠性亦无法保障，缺点显而易见。

2 改善做法介绍

鉴于人工拼接与修改模型中存在的误差及效率问题，编写相应的程序，将模型拼接、修改通过程序来实现，同时制定关于模型修改及提交的的配套文件；这样做在减少由于人工失误导致的工作反复或错误及提高工作效率的同时，亦可对模型的可靠性提供保障。下面针对模型的修改，拼接，流程管控分别介绍。

2.1 模型修改技术探讨

对于一个模型的修改，由于面对的人员水平参差不齐，有的人习惯于在软件中手动修改，有的人习惯于在文本文件中修改，有的人习惯于编写相应的小程序自动生成模型文件，然而无论哪种修改方式，存在的一个问题均是模型的可靠性及统一性；本文在总结传统修改方式的基础上，提出针对飞机不同结构的不同修改方式：

对于较为简单清晰的结构，建议通过编写参数化建模程序，自动化实现，这样做的优点可减轻工作反复，并且对修改过程较为容易记录；

对于一般的结构，可直接修改bdf，但需要将修改前的内容，修改后的内容在文件中进行记录，并用$注释，优点是易上手；

对于较为复杂的结构，可在MSC.PATRAN中进行修改，保证最终修改的内容为正确的，并将过程记录文件保存为*.ses文件以提交，优点是对过程及结果的把控较为清晰。

通过以上几种修改方式的比较，我们不难发现，模型的修改重点不仅仅是模型修改后的最终结果，对于修改的过程控制亦很重要，因为往往一个错误的修改较难发现，而过程记录往往提供了一个很好的检查途径。综上，本文提出通过保存*.ses的做法进行模型修改，这样更易于把控。

2.2 模型拼接技术探讨

传统的做法为收集需要拼接的模型，在相应的软件中手动有规律的寻找拼接节点，进而将模型共用的节点注释掉，往往这种做法需要一定的工作积累且建立在模型修改较少的前提下，且在各段模型拼接区域不尽一致时，易产生工作的反复或错误。而本文提出另一种做法。

在模型修改之前，将模型的分工协调位置确认，便于后续模型拼接；

在模型修改过程中，对于各个子模型需要协调的位置实时动态的响应协调更改；

在模型修改完毕后，对于各个子模型分段进行检查，确保每一个输入的合理及正确；

编写相应的模型拼接程序，自动化实现模型共节点的寻找，同时编写相应的模型拼接程序，自动化实现模型拼接。

通过传统与改进的模型拼接技术探讨，不难发现，合理的流程及自动化的运用可应付反复的模型拼接工作，在提高工作效率的同时，亦加强了模型的可靠性管控。

2.3 模型管控流程探究

通过前两点，我们不难发现，无论是模型的修改，还是模型的拼接，自动化往往不能代替所有工作，因此一个较优的工作流程，对于一个项目的管控很有必要。本文在总结传统做法的基础上，提出一种改进的工作流程管理方法：

全机级模型修改前，形成顶层模型修改要求，规定模型修改的各个总的要求，包括修改方法，界面制定，提交形式，过程记录，建模方法一致性等，从而启动子模型修改；

子模型修改前，对于子模型的修改形成按子模型划分的模型修改顶层修改要求，包括在顶层文件的指导下，对于模型修改的过程控制，对模型修改的检查要求等；

子模型修改完毕汇总，首先需要对各个子模型进行一个初步拼接，对于有问题的子模型，及时返回修改，并将容易犯错的，与顶层文件不一致的地方，形成备忘录，避免后续继续犯错；

模型最终拼接组装，建议短期专人专管，长期制度化管理，对所有子模型的界面一致性，统一性，与顶层文件的一致性进行把控，试算，反复迭代等。

综上，我们不难发现，传统做法较为松散，对人员的依赖性比较强，而改进的做法，形成了制度，规定，流程，自动程序等，对于工作的传承与交接等有较大的好处。

3 结语

在民用飞机团队分工细化与合作日益加剧的今天，合理的工作流程，配套程序，技术积累与总结等，是对于较为松散的传统方式大大改进；其在提高工作效率和可靠性的基础上，对于技术经验等的传承与积累也起到很好的作用。

参考文献

[1] 杨剑，张璞，陈火红.新编MD Nastran有限元实例教程[M].机械工业出版社，2008.