一种强度试验加载点布局方法与流程

本申请属于飞机强度试验技术领域，特别涉及一种强度试验加载点布局方法。

背景技术：

飞机结构强度试验是通过对飞机结构体施加模拟载荷，测量应力、应变及位移等力学参数，从而对结构体的承载能力和结构寿命作出正确的评价和估计，并为验证和优化结构设计提供可靠的依据。在静强度验证试验中，对于发动机、旋罩等部件试验往往通过接头进行载荷施加，为方便试验设计，接头数量往往预留的较多。而在实际试验设计过程中，考虑试验资源的限制以及降低试验规模的要求，往往选择尽量少的接头来满足多工况的加载需求。因此，接头选取的问题则成为试验过程中必须要考虑的问题之一。传统设计过程中，对于这类问题，通常设计员根据个人经验选取几个加载接头进行试算。这种设计方法既费时又费力，而且不一定满足试验要求。因此对加载点设计进行优化具有重要意义。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种强度试验加载点布局方法，提高加载点设计效率，降低设计员的劳动强度，优化加载点布局。

本申请强度试验加载点布局方法，包括：

对所述试验件上的每个接头进行信息标记，所述信息包括接头的加载方向向量、加载点位置坐标及加载载荷；

获取试验项目中每个工况的任务载荷fr；

确定所有加载接头选取方案；

将各个工况的任务载荷分配到各选取方案上，获取使载荷满足分配原则的选取方案集合；

在所述选取方案集合中选择最优方案。

优选的是，所述最优方案包括该方案下的加载接头数量最少。

优选的是，所述最优方案包括该方案下的各加载接头上所施加的载荷之和最小。

优选的是，所述最优方案包括该方案下的目标函数值最大，所述目标函数值为第一优化量与第二优化量之和，所述第一优化量是指加载接头数量的倒数，所述第二优化量是指各载接头上所施加的载荷之和的倒数。

优选的是，所述使载荷满足分配原则是指将各个工况的任务载荷分配到各选取方案上时具有可行解f，其中：

其中，k为等式约束矩阵，由接头的加载方向向量(ai，bi，ci)、加载点位置坐标(xi，yi，zi)及加载载荷fi确定，fmaxi，fmini分别为第i个接头可施加的最大载荷和最小载荷，所述x为接头分配的对角阵，表示接头是否被选取，xi为0时表示第i个接头不被选取，否则为被选取：

x＝diag(x1,...,xi,...,xn)(xi∈{0,1})。

优选的是，所述等式约束矩阵为：

其中，n为接头数量。

本申请可以利用计算机自动计算加载点的最优选取方案，从而实现自动布局，减少人工干预因素，提高效率，实现自动化。

附图说明

图1是本申请强度试验加载点布局方法的流程图。

图2是本申请强度试验加载点计算流程图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式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。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

本申请强度试验加载点布局方法，如图1所示，主要包括：

对所述试验件上的每个接头进行信息标记，所述信息包括接头的加载方向向量、加载点位置坐标及加载载荷；

获取试验项目中每个工况的任务载荷fr；

确定所有加载接头选取方案；

将各个工况的任务载荷分配到各选取方案上，获取使载荷满足分配原则的选取方案集合；

在所述选取方案集合中选择最优方案。

优选的是，所述最优方案包括该方案下的加载接头数量最少。

以下详细说明。

a)创建载荷分配矩阵

强度试验中对于发动机等部件试验往往通过预留的接头进行加载，假设部件共包括n个接头，每个接头的信息可记为l，则第i个接头表示为li＝[xi，yi，zi，ai，bi，ci，fi]t，(fmini≤fi≤fmaxi)。其中(ai，bi，ci)为接头的加载方向向量，(xi，yi，zi)接头加载点位置坐标，fmaxi，fmini分别为第i个接头可施加的最大载荷和最小载荷。试验项目共有m个工况，每个工况的任务载荷记为fr＝[fxfyfzmxmymz]t，现将m个任务载荷分配到选定的加载接头上，使载荷满足分配原则，并且选取的加载接头数量尽量少。

载荷分配原则如下：

其中，k为等式约束矩阵，表示为：

b)创建接头分配对角矩阵

设x为描述接头分配的对角阵，表示接头是否被选取，xi为0时表示第i个接头不被选取，否则为被选取：

x＝diag(x1,...,xi,...,xn)(xi∈{0,1})

c)建立优化模型

联合a)、b)两步骤创建加载点布局优化模型如下：

d)优化计算

利用计算机程序对c)步骤建立的模型进行迭代运算，如图2所示，主要包括：

由根节点状态按照图2所示的状态树向下创建其子节点状态，并保存在状态堆栈中。状态堆栈为栈结构，其每一个元素为一个n维的整数数组，对应位置的数据为1表示该接头被选取，为0表示未被选取；

从栈顶取出状态信息，根据载荷分配原则，判断该状态下f是否存在可行解。如果不存在可行解，那么从堆栈中删除该状态信息，再重复(a)操作；如果存在可行解，并且比较结果队列中有没有相同的结果，如果没有则将该状态信息记入结果队列，否则舍弃当前解。结果队列是元素为n维整数数组的队列结构。

如果当前状态被列入结果队列，那么在此节点条件下，向下遍历其状态树中的子节点，步骤如(a)所述。

当全部遍历之后，对结果队列的状态信息分别求其目标函数值，比较选取最大的一个作为最终结果。

本申请可以利用计算机自动计算加载点的最优选取方案，从而实现自动布局，减少人工干预因素，提高效率，实现自动化。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

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