用于分析紧固结构的方法以及与之相关联的系统与流程

本公开主要涉及紧固结构的分析，并且更具体地，涉及使用模拟负载和嵌入式传感器模型结合物理测试和/或验证设计来测量负载状况的电子设计模型的分析。该分析可应用于所有级别的设计、测试和认证产品构建块以及产品生命周期的所有方面。因此，分析可以在较低级汇编、较高级汇编以及最后在产品最终项目上重复。该分析具有与飞机设计以及其他类型的交通工具和运输结构有关的应用。还设想了在各种其他类型的紧固结构的设计中的应用。

背景技术：

1、紧固结构(诸如飞机)的设计面临与确定局部负载和负载分布相关的多个挑战。例如，经受热机械测试的紧固组件内的各种性能特性(例如，移位、旋转、刚度、夹持、损坏状态)面临许多困难。性能特征通常经由封闭环境腔室中的物理测试来评估，所述封闭环境腔室不可避免地使期望的行为的视觉和物理测量模糊/遮蔽。主要问题在于，物理上不可能以合理的成本、调度和精确度准确地并且当前在测试期间测量所有必要的属性。

2、因此，本领域技术人员继续研究和开发努力来改进用于测试紧固结构的设计的技术，特别是开发现场技术以分析地估计接头部件(尤其是接头处的紧固件和/或紧固件之间的任何位置)的内部负载状态。

技术实现思路

1、公开了用于分析紧固结构的方法、紧固结构管理系统、用于分析紧固结构的分析计算系统的实例。以下是根据本公开的主题的可要求保护或可不要求保护的实例的非穷尽列表。

2、在实例中，所公开的用于分析紧固结构的方法包括：(1)访问紧固结构的电子设计模型，紧固结构包括通过多个紧固件元件组装的至少两个结构元件，电子设计模型包括用于每个结构元件的结构元件参数和用于每个紧固件元件的紧固件参数，结构元件参数和紧固件参数表示在预期暴露紧固结构的构建版本的环境中对应结构元件和对应紧固件元件的特性和行为；(2)将至少一个传感器元件模型嵌入电子设计模型内，每个传感器元件模型嵌入在与至少两个结构元件中的两个或多个结构元件之间的选择接头相关的选择位置处，至少一个传感器元件模型被配置为响应于应用到电子设计模型的一个或多个模拟负载而监测选择位置处的测量参数；(3)将至少一个模拟负载应用于电子设计模型；(4)使用至少一个传感器元件模型基于至少一个模拟负载检测对应选择位置处的负载状况来监测测量参数；以及(5)将所检测的负载状况与用于监测的测量参数的预定测量阈值进行比较。

3、在实例中，紧固结构管理系统包括计算系统和与计算系统操作地通信的存储装置。计算系统被配置为运行设计分析应用程序。结合运行设计分析应用程序，计算系统被配置为：(1)从设计计算系统访问紧固结构的电子设计模型，紧固结构包括通过多个紧固件元件组装的至少两个结构元件，电子设计模型包括用于每个结构元件的结构元件参数和用于每个紧固件元件的紧固件参数，结构元件参数和紧固件参数表示对应结构元件和对应紧固件元件在预期暴露紧固结构的构建版本的环境中的特征和行为；(2)将至少一个传感器元件模型嵌入电子设计模型内，每个传感器元件模型嵌入在与至少两个结构元件中的两个或多个结构元件之间的选择接头相关的选择位置处，至少一个传感器元件模型被配置为响应于应用到电子设计模型的一个或多个模拟负载而监测选择位置处的测量参数；(3)将至少一个模拟负载应用于电子设计模型；(4)使用至少一个传感器元件模型基于至少一个模拟负载检测对应选择位置处的负载状况来监测测量参数；以及(5)将所检测的负载状况与用于监测的测量参数的预定测量阈值进行比较。

4、在实例中，所公开的用于分析紧固结构的分析计算系统包括至少一个处理器和相关联的存储器、至少一个电子存储装置和网络接口。至少一个电子存储装置存储设计分析应用程序。网络接口与至少一个处理器操作地通信，并且被配置为与通信网络接口连接。分析计算系统结合运行设计分析应用程序的至少一个处理器被配置为：(1)经由网络接口和通信网络从设计计算系统访问紧固结构的电子设计模型，紧固结构包括通过多个紧固件元件组装的至少两个结构元件，电子设计模型包括用于每个结构元件的结构元件参数和用于每个紧固件元件的紧固件参数，结构元件参数和紧固件参数表示对应结构元件和对应紧固件元件在预期暴露紧固结构的构建版本的环境中的特征和行为；(2)将至少一个传感器元件模型嵌入电子设计模型内，每个传感器元件模型嵌入在与至少两个结构元件中的两个或多个结构元件之间的选择接头相关的选择位置处，至少一个传感器元件模型被配置为响应于应用到电子设计模型的一个或多个模拟负载而监测选择位置处的测量参数；(3)将至少一个模拟负载应用于电子设计模型；(4)使用至少一个传感器元件模型基于至少一个模拟负载检测对应选择位置处的负载状况来监测测量参数；以及(5)将所检测的负载状况与用于所监测的测量参数的预定测量阈值进行比较。

5、从以下详细描述、附图以及所附权利要求中，所公开的用于分析紧固结构的方法、紧固结构管理系统、用于分析紧固结构的分析计算系统的其他实例将变得显而易见。

技术特征：

1.一种用于分析紧固结构(500)的方法(100)，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述紧固结构(500)包括经由所述多个紧固件元件(504)组装的三个或多个结构元件(502)。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述紧固结构(500)形成产品结构、交通工具结构、机动车辆结构、航空器结构、飞机结构、导弹结构、火箭结构、发射结构、卫星结构、桥梁结构和隧道结构中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个紧固件元件(504)包括一组紧固件元件(504)，其中，所述至少两个结构元件(502)包括至少一个复合结构元件和至少一个非复合结构元件，其中，所述至少一个非复合结构元件经由所述一组紧固件元件(504)连接到所述至少一个复合结构元件中的一个或多个。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述多个紧固件元件(504)和所述一组紧固件元件(504)包括金属紧固件、金属螺钉、金属机器螺钉、金属螺栓、金属销、金属铆钉、金属螺母和金属保持机构中的至少一个。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述至少一个复合结构元件包括热塑性复合材料、热固性复合材料、增强复合材料、纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、增强聚合物、纤维增强聚合物以及碳纤维增强聚合物中的至少一个。

7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述至少一个非复合结构元件包括钛、钛基金属、钛合金、ti-6al-4v、ti 6-4、铝、铝基金属、铝合金、钒、钒基金属和钒合金中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个紧固件元件(504)在所述电子设计模型(400)中表示为多个紧固件元件模型(404)。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，每个紧固件元件模型(404)在所述电子设计模型(400)中表示为桁架元件、梁元件或壳体部件。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少两个结构元件(502)在所述电子设计模型(400)中表示为至少两个结构元件模型(406)。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，每个结构元件模型(406)在所述电子设计模型(400)中表示为梁元件、壳体元件或固体元件。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，每个传感器元件模型(402)在所述电子设计模型(400)中表示为桁架元件、梁元件或壳体部件。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述选择位置包括所述至少两个结构元件(502)的选择表面位置、所述至少两个结构元件(502)的选择内部位置、所述至少两个结构元件(502)之间的选择间隙位置和所述至少两个结构元件(502)中的两个或多个结构元件(502)的选择重叠位置中的至少一个。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个模拟负载(616)包括模拟热负载、模拟湿负载、模拟机械负载、模拟结构负载和模拟轴向负载中的至少一个。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所检测的负载状况(618)包括移位状况、旋转状况、刚度状况、夹持状况、变形状况和损坏状态状况中的至少一个。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个传感器元件模型(402)包括对所检测的负载状况(618)没有影响的零刚度模型。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个传感器元件模型(402)包括一维元件模型和二维元件模型中的至少一个。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个传感器元件模型(402)表示应变测量设备、伸长计、应变计、应变换能器、负载传感器、负载单元、力传感器、压阻式力传感器、扭矩传感器、扭矩换能器、扭矩单元、刚度传感器和触觉传感器中的至少一个。

19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个传感器元件模型(402)包括与所述多个紧固件元件(504)中的至少一个紧固件元件模型(404)相关联的至少一个紧固件元件模型(404)。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述紧固件元件模型(404)包括一维元件模型。

21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述紧固件元件模型(404)包括校准模型，所述校准模型具有紧固件参数(612)，所述紧固件参数表示实际紧固件在预期暴露所述紧固结构(500)的构建版本以使得所述紧固件元件模型(404)以影响所检测的负载状况(618)的方式对所述至少一个模拟负载(616)做出响应的环境中的特征和行为。

22.根据权利要求19所述的方法，其中，所述紧固件元件模型(404)包括对所检测的负载状况(618)没有影响的零刚度模型。

23.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

24.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

25.根据权利要求24所述的方法，其中，通过改变所述至少两个结构元件(502)的一个或多个结构元件(502)、改变所述多个紧固件元件(504)中的一个或多个紧固件元件(504)、向所述多个紧固件元件(504)添加一个或多个紧固件元件(504)以及从所述多个紧固件元件(504)移除一个或多个紧固件元件(504)中的至少一个来改变所述电子设计模型(400)。

26.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个传感器元件模型(402)包括多个传感器元件模型(402)。

27.根据权利要求26所述的方法，进一步包括：

28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述分布式负载状况(622)包括分布式移位状况、分布式旋转状况、分布式刚度状况、分布式夹持状况、分布式变形状况和分布式损坏状态状况中的至少一个。

29.根据权利要求27所述的方法，还包括：

30.根据权利要求27所述的方法，还包括：

31.根据权利要求30所述的方法，其中，通过改变所述至少两个结构元件(502)中的一个或多个结构元件(502)、改变所述多个紧固件元件(504)中的一个或多个紧固件元件(504)、向所述多个紧固件元件(504)添加一个或多个紧固件元件(504)以及从所述多个紧固件元件(504)移除一个或多个紧固件元件(504)中的至少一个来改变所述电子设计模型(400)。

32.一种紧固结构管理系统(600)，包括：

33.一种用于分析紧固结构(500)的分析计算系统(700)，包括：

34.根据权利要求33所述的分析计算系统，其中，所述至少一个电子存储装置(706)被配置为存储所述至少一个传感器元件模型(402)、与所述至少一个传感器元件模型(402)相关联的所述测量参数(614)以及与所述测量参数(614)相关联的所述预定测量阈值(620)。

技术总结本公开涉及用于分析紧固结构的方法以及与之相关联的系统。一种用于分析紧固结构的方法，包括：访问紧固结构的电子设计模型；将至少一个传感器元件模型嵌入电子设计模型内；向电子设计模型应用至少一个模拟负载施；使用至少一个传感器元件模型基于至少一个模拟负载检测对应选择位置处的负载状况来监测测量参数；以及将所检测的负载状况与用于所监测的测量参数的预定测量阈值进行比较。一种紧固结构管理系统，包括计算系统和与计算系统操作地通信的存储装置。一种用于分析紧固结构的分析计算系统，包括至少处理器和相关联的存储器、至少一个电子存储装置和网络接口。技术研发人员：布赖恩·W·利利,约瑟夫·D·舍费尔受保护的技术使用者：波音公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14