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计算机辅助强度试验系统研究

冯建民  
【摘要】: 飞机强度试验是飞机设计过程中必不可少的一个重要环节,它关系到飞机能否定型与服役。国内外对飞机强度试验都非常的重视,但目前国内在飞机强度试验这个环节上,还存在一些问题,包括试验准备工作方式落后、试验过程数据监控和分析不够、试验结果数据处理不足、缺乏工程数据管理能力等。这些都使得试验的质量水平难以进一步提高,制约着飞机设计的总体水平。 计算机辅助强度试验系统(Computer Aided Strength Test System, CASTS)以强度试验为核心,综合应用试验工程技术、软件工程、CAD和图形学技术,试图建立一个集成化、开放化和可视化的计算机辅助软件系统,使飞机强度试验的效率、质量水平能够得到进一步的提高。 本文对CASTS研制过程中的一些关键性问题进行了探讨和研究,主要包括 1) 研究了CASTS开发的方法,提出了适合于CASTS开发的生命周期模型——三段式模型。三段式模型使开发工作既能在宏观上能得到了很好的计划和控制,也能在具体编码的过程中保证软件的质量和进度。 讨论了面向对象的分析和设计方法,并引入了统一建模语言UML(Unified Modeling Language)作为贯穿于CASTS开发全过程的主要分析、设计和描述工具。 2) 应用UML对CASTS进行了的分析和设计,建立了CASTS的系统模型框架。 3) 载荷处理是试验准备工作中的一项重要工作,本文对载荷处理的过程和方法进行了研究,提出了将载荷处理分为载荷分区、确定分布、整体平衡和误差评估四个阶段进行优化处理的方法,并在试验中获得了成功的应用。 在整体平衡中,提出了改进的拉格朗日乘数法,成功地解决了含不等式约束条件的优化问题,该方法具有计算简单,收敛速度快等特点。 4) 本文首次提出了均值逼近细分(Average-Approximation Subdivision,简称AAS)算法,解决了由散乱的节点载荷确定连续的、有一定光滑度的三维分布载荷的问题。 AAS算法具有保持力学等效性、光滑度可控性、有提升法(Lining)表示、计算简便、快速等优点。 5) 在将节点间的相关性进行三维可视化处理的过程中,首次引入了 Voronoi图和 Delaunay三角形,作为确定散乱加载节点间拓扑关系、计算相关 性和根据相关性大小填色的依据,实现了节点间的相关性的三维可视化。 6)建立试验工程数据库、实现信息的集成与共享是CASTS开发的基础。在 建立试验工程数据库的过程中,本文研究并解决了面向对象试验工程数据库系 统实现中的两个关键性问题——层次化存储和类的相关信息(包括定义、方法、 类与类的关系等)的存储。 刀 首次将数字化预装配(Doptal Pre-Assembly,DM)技术引入飞机强度试 验的试验设计阶段,结合三维造型和复杂场景显示技术完成了试验设备、试验 件的造型和试验方案的数字化安装,初步实现了试验的模拟。


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