文档介绍：飞机结构分析与设计
第二讲
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第二章飞机结构设计方法
飞机结构设计方法发展情况表
年代
50 年代
60 年代
70年代
80 年代
90 年代
21世纪
设计方法
定性分析和工程化的定量设计
较精确的静强度设计和优化设计
结构的疲劳和损伤容限设计，二维计算机辅助设计
耐久性设计。三维计算机设计
复合材料设计方法和应用。计算机辅助设计、制造技术
基于仿真的多学科综合优化的设计
科技水平
工程化分析模型、经验及解析分析法
大型复杂的模型、有限元技术、数值分析法
疲劳损伤容限松花江设计方法的应用。CAD技术的应用
耐久性设计技术。数字样机技术。
复合材料结构在主要受力结构的应用。并行工程技术
遗传算法、神经网络、并行计算等技术，仿真技术
§ 结构设计方法介绍
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随着飞机性能的提高、新材料和新技术的应用，现代飞机的结构越来越复杂，结构设计人员要掌握现代科学技术的新成果，采用先进的设计方法和技术，才能设计出成功的结构。
下面简要介绍几种以计算机技术为基础的重要的设计方法和技术
有限元素法
结构优化设计
计算机辅助设计（含计算机辅助制造）
并行工程方法
主动控制技术及自适应结构与智能结构
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§ 结构有限元分析
结构设计的具体过程：
具体结构外载荷、边界条件等
结构的应力、应变分析
结构的失效判据
评估结构承载能力、使用寿命、可靠性等
修改、完善设计，制定试验方案等等
有限元素法
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一、有限元素法的基本概念
有限元法的定义
单元
网格剖分
有限元法解题操作的典型步骤
影响有限元法计算精度的因素
有限元素法的定义
有限元素法是将一个形状复杂的连续体分解为有限个形状简单的子区域，即将一个连续体简化为由有限个单元组成的等效组合体，把求解连续体的场变量（应力、位移等）问题简化为求解有限个单元节点上的场变量值。
它是一种近似数值分析方法，因为其求解的基本方程是一个代数方程组，而不是描述真实连续体场变量的微分方程组。
全机有限元计算模型
机翼、机身计算模型
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单元
单元的形式可以区分为
（1）按几何形状：一维、二维或三维；
（2）按节点参数： Lagrange族（只包含场函数的节点值）或Hermite族（还包含场函数导数的节点值）；
（3）按插值函数：Lagrange多项式或Hermite多项式；
（4）按单元坐标：笛卡儿坐标或自然坐标。
这些区分法在有限元素法的专门课程中会介绍，这里简单介绍一下第一种分法的元素
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网格剖分
有限元网格剖分应满足以下条件：
单元之间不能相互重叠或分离，要与原结构的占有空间相容。
单元应精确逼近原结构。即：所有原结构的顶点都应取为单元的顶点，所有网格的表面顶点都应落在原结构表面，所有原结构的边和面都被单元的边和面所逼近。
单元的形状合理。每个单元应尽量趋近于正多边形或正多面体，不能出现面积很小的二维尖角元或体积很小的三维薄元。
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网格的密度分布合理。分析值变化梯度大的区域需要细化网格。
相临单元的边界相容，不能从一个单元的边或面的内部产生另一个单元的顶点。
网格剖分
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网格剖分
剖面型心
合理的单元形式
不合理的单元形式
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单元剖分
单元分析、
建立单元刚度方程
结构整体分析、
组集总体刚度方程 {F}=[K]{}
数值求解节点位移: {}=[K]-1{F}
单元分析、
单元刚度方程
结构内任意点处的应力、应变分析
有限元法解题的步骤和过程图
有限元法解体操作的典型步骤
实例
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