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        基于大變形分析的民機(jī)貨艙內(nèi)飾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        2016-04-26 18:19:08張曉剛霍穎
        科技視界 2016年10期
        關(guān)鍵詞:有限元分析

        張曉剛 霍穎

        【摘 要】飛機(jī)內(nèi)飾結(jié)構(gòu)是比較特殊的一類的結(jié)構(gòu),其與機(jī)體主承力結(jié)構(gòu)在選材、設(shè)計(jì)及分析手段上均有較大區(qū)別。本文通過對(duì)典型貨艙內(nèi)飾結(jié)構(gòu)的有限元分析及與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證了基于有限元分析的大變形分析方法在民用飛機(jī)貨艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的可行性。

        【關(guān)鍵詞】內(nèi)飾結(jié)構(gòu);大變形;有限元分析

        0 引言

        民用飛機(jī)貨艙內(nèi)飾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因其在飛機(jī)內(nèi)部而受到忽視,其材料的選用也往往不同于飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)的選材,而適航條款對(duì)貨艙內(nèi)飾結(jié)構(gòu)的承載能力也有具體要求,如CCAR25.787(a)和CCAR25.651(c)條款。本文基于以上考慮,以abaqus非線性分析為基礎(chǔ),分析計(jì)算了貨艙內(nèi)飾結(jié)構(gòu)在大變形下的變形以及承載能力,通過試驗(yàn)對(duì)比,驗(yàn)證現(xiàn)有內(nèi)飾結(jié)構(gòu)承載能力,同時(shí)也對(duì)結(jié)構(gòu)大變形分析方法進(jìn)行了驗(yàn)證,為后續(xù)內(nèi)飾薄壁結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析提供了參考。

        1 貨艙頂部結(jié)構(gòu)

        為了減輕重量,貨艙內(nèi)飾結(jié)構(gòu)一般選用超薄耐火性材料,內(nèi)飾頂部板結(jié)果如圖1所示(圖中黃色面板為內(nèi)飾板)。

        2 有限元模型

        建立貨艙內(nèi)飾典型結(jié)構(gòu)有限元模型,模型如圖2所示。

        模型大小與試驗(yàn)件大小一致,四周用鉚釘連接,中間兩根橫梁兩端固支,頂部板與橫梁之間設(shè)置變形后接觸。其余與模型一致。

        3 有限元分析結(jié)果

        計(jì)算以下四種貨艙內(nèi)飾結(jié)構(gòu)受載情況,全面考核內(nèi)飾結(jié)構(gòu)的承載能力,主要的情況有:

        3.1 頂部板中間200×200mm內(nèi)加載30kg時(shí)計(jì)算結(jié)果,最大變形為16.39mm,最大應(yīng)力91.72MPa,如圖3所示

        3.2 頂部板中間200×200mm內(nèi)加載70kg時(shí)計(jì)算結(jié)果,最大變形21.38mm,最大應(yīng)力146.8MPa,如圖4所示

        3.3 頂部板加載均布載荷180kg(相當(dāng)于0.298Psi)時(shí)計(jì)算結(jié)果,最大變形為7.447mm,最大應(yīng)力為42.9MPa,如圖5所示

        3.4 頂部板加載均布載荷大于270kg(相當(dāng)于0.46Psi)時(shí)計(jì)算結(jié)果,最大變形13.29mm,最大應(yīng)力85.91MPa,如圖6所示

        3.5 試驗(yàn)結(jié)果與分析結(jié)果對(duì)比

        試驗(yàn)結(jié)果與有限元分析結(jié)果對(duì)比如表1所示:

        有限元計(jì)算結(jié)果能與試驗(yàn)結(jié)果較好吻合,尤其是在均布情況下,計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果一張。從變形和應(yīng)力分布情況來,與試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)觀察一致。

        4 結(jié)論

        本文通過基于大變形的有限元分析手段,對(duì)典型民用飛機(jī)貨艙內(nèi)飾結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限分析,驗(yàn)證了有限元在此種特殊結(jié)構(gòu)上分析上的可行性,為后續(xù)結(jié)構(gòu)的選型及設(shè)計(jì)提供分析基礎(chǔ)。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]牛春勻.實(shí)用飛機(jī)結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)[M].北京:航空工業(yè)出版社,2008.

        [2]Santare MH, Lambros J. Use of Graded Finite Elements to Model the Behavior of Nonhomogeneous Materials[J].Journal of Applied Mechanics,2000,67:819-822.

        [3]Kim JH,Paulino GH. Isoparametric graded finite elements for nonhomogeneous ieotropic and orthotropic materials[J]. Journal of Applied Mechanics,2002,69:502-514.

        [責(zé)任編輯:湯靜]

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