MeshFree-四旋翼无人机单翼受压分析
四旋翼无人机单翼受压分析
1. 问题简介
本案例中选取了一种四旋翼的无人机模型作为研究对象，省略了其中的电路，马达等零部件，模拟其主体结构在地面上单翼受压时的受力及变形情况。
此种无人机模型如下图1所示,主要包括支架，主体，气流罩和旋翼四部分,分别由不同颜色表示，省略了电路元件等零碎小部件，但是其中的圆角，凹槽等加工细节并未删除。
整个无人机模型中，除了支架采用自带的PC塑料模型以外，其他部分均为6061铝合金。
如图1所示，模型底座受到固支约束，模拟其固定在地面上的状态；其中一侧旋翼处多个部位受到均布压力载荷，大小为1MPa；整个计算模型采用线性静力分析。
2. 模型建立
2.1 建立几何模型
在三维建模软件NX UG10.0 中建立无人机各个部件的几何模型，并装配成为一个整体,如下图1所示，分别为无人机的支架，主体，气流罩以及最后装配成功的几何模型。
(a) (b) (c)
(d)
图1
2.2 读取几何模型
将几何模型导出为parasolid格式的文件，并通过软件MeshFree读取。
读取之后进行前处理的相关设置工作，具体可参考操作视频。MeshFree中的前处理设置非常简单省时，无需任何网格划分这一项大大简化了模型处理时间。
设置了材料、接触、载荷等参数之后的模型如下图2所示。
图2
3. 提交计算并读取结果
模型在压力载荷下的变形过程以及过程中的等效应力分布见图。
通过程序的最值显示功能可以看到结构出现最大等效应力的位置是叶片处，数值为5350MPa，可见局部的应力集中效应非常明显，如下图2；除此之外无人机主体结构的受力一侧悬臂上也出现了较大的应力。
图2
该计算结果对工程实际中的类似应用具有一定的借鉴意义，如果无人机模型的细节更丰富，相信相应的计算结果也会更可靠。
4.传统有限元前处理对比
本案例采用ABAQUS进行无人机模型的前处理工作，与MeshFree进行对比。
4.1 模型优化
如图3所示，需要对模型中红圈所示的一些圆角和凹槽进行删除处理，以避免模型网格划分过程中的繁琐步骤。
图3
4.2 划分网格
如图4所示，在几何模型优化之后，还需大量的工作来进行模型网格划分的工作，网格质量的好坏直接决定数值计算结果的优劣。
图4
5. 总结
MeshFree无网格数值模拟软件操作非常方便，导入CAD模型后即可自动识别各个部件并建立初步接触；其中的材料库非常丰富，同时自带典型材料的参数，非常方便用户测试计算；最关键的是不需要划分网格，程序自动生成结构化网格进行计算，独特的算法极大的节省了用户的时间。
