[航空仿真]-如何应对突发情况-机翼的直接瞬态分析
在飞行器使用过程中可能会存在以下情况：
a)突然的操纵产生的力是如何从作动器位置通过机翼结构传递到翼根的。
b)飞机在飞行中会遇到晴空湍流、风暴边缘的阵风的情况。
如何通过有限元分析解决上述两种情况呢，这里就会用到直接瞬态法(Direct Transient An alysis)，本文以机翼为研究对象，评估机翼在随时间快速变化的动态载荷下的响应和行为。
本教学案例演示了如何使用现有的机翼结构有限元模型，通过OptiStruct执行直接瞬态动力学分析。HyperView用于对机翼结构在瞬态动态载荷下的变形特性进行后处理。
在开始之前，请将本教程中使用的文件复 制到您的工作目录。http://majorv.help.altair.com/minorv/simulation/tutorials/hwsolvers/optistruct/OS-HWX-T-2000/wing_structure.zip
图1.机翼结构机身模型的有限元模型 机翼结构在螺栓接头处的所有dof中通过使用rigid2 component表示的刚性单元而受到约束。瞬态动压载荷施加在负z方向的节点处。加载的时间历程记录如下图所示。直接瞬态分析的总运行时间为3 秒，时间分为30 个增量（意味着时间步长为0.1）。
图2.施加压力载荷的时间历程 包括以下练习：
·创建随时间变化的动压载荷或载荷随时间的变化
·创建用于瞬态分析的时间步长
·创建直接瞬态SUBCASE以包含Load Collector
·运行直接瞬态动态分析
·使用HyperView对结果进行后处理
一、启动HyperWorks
1.启动HyperWorks。
2.在New Session中，在HyperWorks下选择HyperMesh。
3.对于Profile，选择OptiStruct。
4.单击Create New Session。
二、导入模型
1.在菜单栏上，选择File>Import>HyperMesh Model。
2.导航到并选择wing_structure.fem。
3.单击Open。
三、设置模型
3.1创建TABLED1 曲线
下表定义了随时间变化的动态载荷。
1.在Model功能区上，选择Curves。
图3.此时将打开曲线编辑器的新窗口。 2.单击 以添加曲线。
3.对于Name ，输入LOAD_HISTORY。
4.在Table中，右键单击并选择Add rows。
5.在表中输入以下值。
6.Close曲线编辑器。
7.在Model Browser中，双击Curves以打开曲线Browser选项卡。
8.在Browser选项卡中，单击LOAD_HISTORY。
9.单击Color并从调色板中选择一种颜色。
10.对于Card Image，从下拉菜单中选择TABLED1。创建定义载荷时间历程的TABLED1 曲线。
3.2创建TSTEP
瞬态时间步长定义生成和输出解的时间步长间隔。
1.在Model Browser中，选择Create>Load Collector。
将打开Create Load Collector窗口。
2.对于Name ，输入TIMESTEP。
3.单击Color并从调色板中选择一种颜色。
4.对于Card Image，从下拉菜单中选择TSTEP。
5.对于TSTEP_NUM，输入1 并按Enter。
6.对于N，输入时间步数30。
7.对于DT，输入0.1 的时间增量。施加到载荷上的总时间为30 x 0.1 = 3。
8.单击Close。
3.3创建压力Load Collector
1.在Model Browser中，选择Create>Load Collector。
将打开Create Load Collector窗口。
2.对于Name ，输入Pressure。
3.单击Color并从调色板中选择一种颜色。
4.对于Card Image，选择None。
5.从菜单栏中，选择Ana lyze功能区。
6.在功能区上，选择Loads工具。
图4. 7.在面板上，选择Create单选按钮。
8.从第一个下拉菜单中，选择elems。
9.从第二个下拉菜单中，选择faces。
10.在模型上选择面，如下所示。 
图5.用于在机身模型一端施加压力载荷的面
11.对于magnitude，输入1.0。施加1 MPA的压力载荷。
12.从第一个下拉菜单中，将按钮从normal更改为direction。
13.在第二个下拉菜单中，选择z-axis作为压力载荷的应用轴。
14.对于load type=，选择PLOAD4。
15.单击Create。在z方向上对所选节点施加1 MPA的压力载荷。
16.单击return退出。
3.4创建SPC Load Collector
在此步骤中，将创建约束的SPCLoad Collector 。
1.在Model Browser中，选择Create>Load Collector。 将打开Create Load Collector窗口。
2.对于Name ，输入Pressure 。
3.单击Color并从调色板中选择一种颜色。
4.对于Card Image，选择None。
5.从菜单栏中，选择An alyze功能区。
6.从功能区中，选择BCs>Constraints。
图6.
7.在面板中，选择Create单选按钮。
8.选择模型上的节点，如下所示。
图7.用于约束机身模型一端Dof的节点 9.在所有dof中约束节点。
10.单击Create。
11.单击return退出。
3.5创建TLOAD1 Load Step Input
此步骤会产生瞬态动态响应激励。
1.在Model Browser中，选择Create>Load Step Inputs。Create Load Step Inputs窗口打开。
2.对于Name ，输入TLOAD。
3.单击Color并从调色板中选择一种颜色。
4.对于Config type ，从下拉列表中选择Dynamic Load - Time Dependent。
5.对于Type ，从下拉列表中选择TLOAD1。
6.对于Exciteid，单击Unspecified并选择 打开Advanced Selection对话框。
Tip：你也可以按空格键打开Advanced Selection。
7.在对话框中，从Load Collector列表中选择Pressure。
8.单击Apply，然后单击OK
9.同样，对于TID字段，选择LOAD_HISTORY曲线以定义载荷的时间历程。 激励类型可以是施加的载荷（力或力矩）、强制位移、速度或加速度。TLOAD1的card image中的字段[TYPE] 定义载荷的类型。默认情况下，该类型设置为applied load。
10.单击Close。
3.6创建Load Step
在此步骤中，将创建Direct Transient An alysis的Load Step。
1.在Model Browser中，选择Create>Load Step。将打开Create Load step窗口。
2.对于Name ，输入transient。
3.对于An alysis type ，从下拉菜单中选择Transient （direct）。
4.对于SPC，请单击Unspecified并选择 以打开Advanced Selection对话框。
Tip：你也可以按空格键打开Advanced Selection。
5.在对话框中，从Load Collector列表中选择spc。
6.点击OK
7.同样，对于DLOAD字段，从Load step inputs列表中选择TLOAD。
8.对于TSTEP （TIME），选择TIMESTEP Load Collector 。
9.单击Close。将创建一个SUBCASE，用于指定直接瞬态动态分析的载荷和边界条件。
3.7创建输出请求
在此步骤中，将创建Transient Dynamic An alysis的输出请求。
1.在An alyze功能区的An alyze tool组下，选择Run>Control Cards。此时将打开Control Cards面板。
2.在面板中，选择PARAM。
3.选择PRGPST从下拉菜单中。
4.单击No。
5.单击return。使用此设置时，不会在输出文件中打印 autospc。
6.在面板上，选择GLOBAL_OUTPUT_REQUEST。
7.选择STRESS。
8.对于FORMAT，选择H3D。
9.对于OPTIONS ，选择ALL。
10.单击return。
11.同样，选择DISPLACEMENT和SPF并指定相同的FORMAT和OPTIONS设置。
四、保存数据库
设置保存文件的目录。
1.单击File>Save。
2.对于File name ，输入wing_structure.hm。
3.单击Save。
五、运行Direct Transient An alysis
1.从菜单栏中，选择An alyze。
2.在An alyze功能区的Ana lyze组下，选择Run OptiStruct Solver面板区域随即打开。
3.单击Save as。
4.对于File name ，输入wing_structure.fem。
文件的名称和位置显示在input file： 字段中。
5.将export options： 设置为all。
6.将run options： 设置为an alysis。
7.将内存选项设置为memory default。
8.单击OptiStruct以启动作业。
如果作业成功，则新的结果文件将显示在写入OptiStruct模型文件的目录中。如果存在任何错误，wing_structure.out文件是查找错误消息以帮助调试输入模型的好地方。
写入目录的默认文件为：
六、对结果进行后处理
在此步骤中，将在HyperGraph中查看机翼结构结果。
1.在HyperWorks菜单栏中，选择Post。
2.在Post功能区上，选择Results。
图8. 3.在Results Browser中，右键单击结果中的最后一个时间步，然后从上下文菜单中选择Make Current。
4.在Post功能区上，选择Contour。
图9. 5.在Contour窗口中，对于Data type，选择Displacement。
6.对于Component ，选择Z-direction。
7.在模型视窗中，选择所有component。
8.关闭Contour窗口。 
图10.用于直接瞬态动力学分析的机翼结构Z方向的位移
9.同样，绘制Von Mises Element Stress（2D & 3D）的结果。
图11.用于直接瞬态动力学分析的机翼结构简单 平均中的单元应力
