柔性蒙皮力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)技術(shù)研究

聶珊珊，聶小華

(中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所，陜西 西安 710065)

1 引 言

變體飛行器采用航空科學(xué)前沿技術(shù)，可變形柔性蒙皮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是未來(lái)變體飛機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一，通過(guò)科學(xué)研究與試驗(yàn)獲得的可變形柔性蒙皮結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)力學(xué)性能參數(shù)是寶貴的設(shè)計(jì)資源。提高數(shù)據(jù)的利用效率，創(chuàng)新數(shù)據(jù)的利用形式，為變體飛行器設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐，是變體飛行器設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。從工程應(yīng)用的角度，創(chuàng)建柔性蒙皮力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫(kù)的目的是為了達(dá)到較高的數(shù)據(jù)查詢(xún)和數(shù)據(jù)引用效率，有必要引入數(shù)據(jù)庫(kù)完成對(duì)底層數(shù)據(jù)的組織和管理[1]。

本文通過(guò)研究現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)及形式，梳理了Oracle、SQL Server等關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域，針對(duì)此類(lèi)操作復(fù)雜、維護(hù)成本高的問(wèn)題，提出了基于SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)的二次封裝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)可變形柔性蒙皮結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)力學(xué)性能參數(shù)的管理和調(diào)用。該數(shù)據(jù)庫(kù)具有小巧、開(kāi)源、易用、高效等特點(diǎn)，無(wú)需安裝，維護(hù)方便，很大程度上減輕了開(kāi)發(fā)技術(shù)人員的工作量[2]。

為了避免數(shù)據(jù)庫(kù)交互導(dǎo)致的系統(tǒng)響應(yīng)慢的問(wèn)題，對(duì)SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了輕量化處理，采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想，對(duì)SQLite二次封裝為適合對(duì)外使用的類(lèi)和接口[3]，采用主流的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言C++與Qt圖像標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了柔性蒙皮力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫(kù)。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和安全方面，加入了智能信息評(píng)估效驗(yàn)方法，對(duì)用戶(hù)新輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，可以對(duì)數(shù)據(jù)中的全局特征以及系統(tǒng)性知識(shí)進(jìn)行歸納。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)反饋到界面，由用戶(hù)進(jìn)行確認(rèn)，可以幫助用戶(hù)在數(shù)據(jù)導(dǎo)入階段進(jìn)行數(shù)據(jù)完整性確認(rèn)。以現(xiàn)有柔性蒙皮數(shù)據(jù)為例，進(jìn)行了工程應(yīng)用測(cè)試，數(shù)據(jù)庫(kù)響應(yīng)快速，交互方面完全滿(mǎn)足工程需求。

2 架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 存儲(chǔ)流程

SQLite所有信息包含在一個(gè)文件內(nèi)，方便數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移和備份，這也給數(shù)據(jù)的效驗(yàn)帶來(lái)方便。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過(guò)程中(如圖1所示)，考慮了基于數(shù)據(jù)特征的數(shù)據(jù)自效驗(yàn)技術(shù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入過(guò)程中，需要在分析數(shù)據(jù)的完整性后，方可批準(zhǔn)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，主要包括主要物理數(shù)據(jù)和主要仿真數(shù)據(jù)的自檢。自檢完成后，該柔性蒙皮數(shù)據(jù)有效存儲(chǔ)[4]，完成一次數(shù)據(jù)導(dǎo)入。

圖1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流程

2.2 安全策略

有別于傳統(tǒng)力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性要求，柔性蒙皮數(shù)據(jù)庫(kù)由于結(jié)構(gòu)的特殊性，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源困難，力學(xué)性能試驗(yàn)成本較高[5]，該數(shù)據(jù)庫(kù)強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的更高安全可靠?；诖?，本文提出了一種自上而下的安全策略(如圖2所示)。

圖2 安全策略

頂層對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份存儲(chǔ)，當(dāng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，系統(tǒng)在客戶(hù)端提示本次導(dǎo)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份的分區(qū)和數(shù)據(jù)備份的次數(shù)。在提示窗口中，客戶(hù)可以對(duì)備份的次數(shù)進(jìn)行自定義。

底層的安全策略分別設(shè)置了以下權(quán)限：

登錄權(quán)限：每個(gè)新用戶(hù)需要在更高級(jí)的管理員授權(quán)下才能使用申請(qǐng)的登錄賬號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行一定的操作。

瀏覽權(quán)限：客戶(hù)端的用戶(hù)各有不同，根據(jù)客戶(hù)的級(jí)別設(shè)置數(shù)據(jù)的瀏覽范圍，設(shè)定的瀏覽權(quán)限根據(jù)賬號(hào)申請(qǐng)和審批級(jí)別定義。

修改權(quán)限：只有數(shù)據(jù)庫(kù)最高級(jí)別的管理人員才能對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行修改，尤其是在關(guān)鍵數(shù)據(jù)導(dǎo)入方面，每次修改需經(jīng)授權(quán)后方可操作。

下載權(quán)限：嚴(yán)格按照用戶(hù)級(jí)別控制數(shù)據(jù)下載權(quán)限，即使具備下載權(quán)限的用戶(hù)，每次下載也需逐級(jí)審批[6]，最大限度地保證數(shù)據(jù)安全。

3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)分析

柔性蒙皮力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫(kù)包含的數(shù)據(jù)主要由兩個(gè)方面組成(如表1所示)：一是描述結(jié)構(gòu)自身特性的物理參數(shù)，主要包括結(jié)構(gòu)類(lèi)型數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)、材料屬性參數(shù)、力學(xué)性能測(cè)試數(shù)據(jù)等；二是在設(shè)計(jì)仿真分析過(guò)程中形成的仿真數(shù)據(jù)，主要包括數(shù)值仿真模型、數(shù)值分析結(jié)果、仿真結(jié)果云圖、仿真分析報(bào)告等。

表1 數(shù)據(jù)構(gòu)成

其中，結(jié)構(gòu)類(lèi)型指蒙皮結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息，包括結(jié)構(gòu)名稱(chēng)和結(jié)構(gòu)形式。結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)主要描述該柔性蒙皮結(jié)構(gòu)的外形尺寸，結(jié)構(gòu)規(guī)模。材料屬性參數(shù)包含原始材料的初始物理參數(shù)，例如彈性模量、泊松比等，同時(shí)包括結(jié)構(gòu)形式的導(dǎo)出物理參數(shù)。力學(xué)性能測(cè)試數(shù)據(jù)是指該柔性蒙皮材料級(jí)試驗(yàn)件的物理試驗(yàn)結(jié)果，包含試驗(yàn)條件、標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)件尺寸、試驗(yàn)環(huán)境等。

數(shù)值仿真模型是指該柔性蒙皮有限元分析模型的構(gòu)建和單元?jiǎng)澐忠?guī)則、模型規(guī)模、編號(hào)規(guī)則等。數(shù)值分析結(jié)果是指該模型分析的不同外載邊界條件及其響應(yīng)。仿真結(jié)果云圖是仿真分析結(jié)果的后處理形式，包括位移云圖、應(yīng)力云圖等。仿真分析報(bào)告是仿真分析結(jié)果的總結(jié)文檔等。

3.2 數(shù)據(jù)信息

本文提出了一個(gè)數(shù)據(jù)層次存儲(chǔ)管理的辦法來(lái)對(duì)柔性蒙皮力學(xué)性能數(shù)據(jù)進(jìn)行高效管理：目錄樹(shù)。目錄樹(shù)是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)的有效方法，即通過(guò)樹(shù)形的層級(jí)關(guān)系來(lái)反映數(shù)據(jù)的分類(lèi)及歸屬。系統(tǒng)會(huì)給定初始的目錄樹(shù)層級(jí)結(jié)構(gòu)，用戶(hù)也可以對(duì)其進(jìn)行自定義[7]。以典型的柔性蒙皮構(gòu)型為例，數(shù)據(jù)信息如表2所示。

表2 典型柔性蒙皮蜂窩支撐結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表

4 工程應(yīng)用

柔性蒙皮數(shù)據(jù)庫(kù)界面設(shè)計(jì)如圖3所示，主要由目錄樹(shù)和顯示區(qū)兩組成部分。其中，目錄樹(shù)包括一級(jí)目錄、二級(jí)目錄等多級(jí)目錄的形式，各級(jí)目錄分別根據(jù)柔性蒙皮的數(shù)據(jù)信息列項(xiàng)，各列項(xiàng)的數(shù)據(jù)均可以在顯示區(qū)展示，借此實(shí)現(xiàn)了對(duì)科學(xué)研究與工程試驗(yàn)獲得的可變形柔性蒙皮結(jié)構(gòu)各項(xiàng)力學(xué)性能參數(shù)的高效管理。數(shù)據(jù)庫(kù)涵蓋了柔性蒙皮結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)體系，根據(jù)數(shù)據(jù)特征制訂了結(jié)構(gòu)性能的數(shù)據(jù)規(guī)范。數(shù)據(jù)庫(kù)支持理論模型的參數(shù)計(jì)算、自定義蒙皮結(jié)構(gòu)參數(shù)等功能，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)性能數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一管理。

圖3 數(shù)據(jù)交互界面

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)工程中對(duì)柔性蒙皮力學(xué)性能數(shù)據(jù)管理的實(shí)際需求，采用合理的數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)框架，以SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，提出了柔性蒙皮力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建方法，考慮了基于數(shù)據(jù)備份和權(quán)限管理的安全策略架構(gòu)。該數(shù)據(jù)庫(kù)具有很好的擴(kuò)展性，與其他軟件的數(shù)據(jù)交互留有通用接口，應(yīng)用過(guò)程中可以在線調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)資源，數(shù)據(jù)交互和存儲(chǔ)具備很好的實(shí)用性和通用性。