【摘要】：本文以某型號(hào)單發(fā)四座固定翼通航飛機(jī)的襟翼為研究對(duì)象,通過(guò)有限元模擬計(jì)算和工程算法計(jì)算相結(jié)合的方法,研究了飛機(jī)結(jié)構(gòu)有限元建模和靜強(qiáng)度校核的一般方法和過(guò)程,校核了該襟翼初步設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度,為該襟翼的后續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)和該型號(hào)通航飛機(jī)的適航審定工作提供理論依據(jù)。首先對(duì)襟翼的幾何模型進(jìn)行了修剪和簡(jiǎn)化。研究襟翼的有限元精細(xì)化模型的建模方法,包括結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、網(wǎng)格劃分、結(jié)構(gòu)材料屬性、約束條件和載荷加載。利用所建立的精細(xì)化模型對(duì)襟翼在極限載荷作用下各結(jié)構(gòu)的受載和應(yīng)力進(jìn)行了模擬計(jì)算,得到各結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度校核所需的有限元模擬結(jié)果,包括:結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間的相互作用力和外界對(duì)結(jié)構(gòu)的支反力。然后分析了該襟翼各個(gè)部件的受力特點(diǎn),明確了靜強(qiáng)度校核的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容。詳細(xì)研究了飛機(jī)典型結(jié)構(gòu)臨界應(yīng)力(載荷)的工程算法,然后根據(jù)襟翼各結(jié)構(gòu)的幾何尺寸和約束條件,通過(guò)工程算法計(jì)算了各個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)(破壞)的臨界應(yīng)力和臨界載荷。詳細(xì)介紹了各結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度校核所需的有限元模擬結(jié)果的提取方法和原則,將工程算法計(jì)算的臨界應(yīng)力和有限元模擬的結(jié)果比較,得到了襟翼在極限載荷作用下其各個(gè)部件的安全裕度。文章還研究了鉚釘偏心連接釘載分配的工程算法,得到了鉚釘偏心連接釘載分配的理論計(jì)算公式。以該襟翼的旋轉(zhuǎn)接頭耳片為研究對(duì)象,通過(guò)理論計(jì)算和有限元模擬,分別計(jì)算了該耳片鉚釘偏心連接釘載的分配,并對(duì)鉚釘偏心連接釘載的分配規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。最后根據(jù)靜強(qiáng)度校核結(jié)果,對(duì)該襟翼后續(xù)的輕量化設(shè)計(jì)提出了一種優(yōu)化設(shè)計(jì)方案使襟翼在保證靜強(qiáng)度要求的同時(shí)降低結(jié)構(gòu)重量。研究結(jié)果表明:(1)襟翼關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的安全裕度均大于0,所有結(jié)構(gòu)都滿足靜強(qiáng)度要求。其中蒙皮剪切失穩(wěn)的安全裕度最小,其值為1.4;主梁安全裕度最小的是釘間失穩(wěn)安全裕度,其值為3.9;接頭中螺栓彎曲的安全裕度最小,其值為3.98;鉚釘安全裕度最小的是擠壓安全裕度,其值為4.75。(2)通過(guò)鉚釘偏心連接釘載分配的理論公式計(jì)算的釘載分配結(jié)果與有限元模擬的結(jié)果在規(guī)律上具有較高的相似度,兩種計(jì)算方法都能較準(zhǔn)確得到偏心連接鉚釘群中釘載最大的鉚釘及其載荷,實(shí)驗(yàn)結(jié)果所呈現(xiàn)的鉚釘偏心連接釘載的分配規(guī)律與理論計(jì)算和有限元模擬結(jié)果相吻合,偏心連接的鉚釘安全裕度最小值為3.31。(3)提出的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案能一定程度地減輕襟翼的結(jié)構(gòu)重量,但是同時(shí)也降低了結(jié)構(gòu)的安全裕度,其中蒙皮的優(yōu)化減重效果最好,肋板次之,主梁的優(yōu)化減重效果最差。
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V215
【圖文】：

以確保模擬計(jì)算的準(zhǔn)確性。（4）一些典型的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)在有限元模型，如主梁和肋板上的翻邊減重孔，操縱接頭和旋轉(zhuǎn)接頭耳片的螺栓孔。襟翼三維模型的主要尺寸和有限元模型中細(xì)節(jié)建立的需要，將有限元網(wǎng)為 4mm±1mm。綜合考慮計(jì)算的準(zhǔn)確性和計(jì)算量的大小，模型中網(wǎng)格盡一些的尺寸（5mm），在襟翼后緣和其他細(xì)節(jié)處網(wǎng)格大小可調(diào)整至 3m）對(duì)蒙皮、梁腹板等具有規(guī)則外形的結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格使用規(guī)整的網(wǎng)格，對(duì)于則外形的結(jié)構(gòu)，如肋板腹板，網(wǎng)格的要求是：盡量避免出現(xiàn)三角形網(wǎng)格個(gè)網(wǎng)格的尺寸不存在明顯的變化、四邊形面網(wǎng)格的長(zhǎng)寬比不應(yīng)過(guò)大。（有限元模型的鉚釘連接都通過(guò)共結(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，在鉚釘連接處有不同厚度這些不同厚度的板元通過(guò)一層殼單元等效厚度模擬。 襟翼幾何模型簡(jiǎn)介及其修剪和簡(jiǎn)化某型號(hào)通航飛機(jī)的襟翼的結(jié)構(gòu)部件包括蒙皮、主梁、肋板、后墻、連接。圖 2-1 為隱藏了前緣蒙皮和上翼面蒙皮的襟翼幾何模型。

碩士學(xué)位論文 第 2 章 襟翼的述有限元精細(xì)化模型的要求，特別是要實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)共劃分網(wǎng)格的復(fù)雜性和提高網(wǎng)格質(zhì)量，需要對(duì)襟翼的幾何模的簡(jiǎn)化皮厚度 ts為 0.8mm，以主梁緣條為分界線，把襟翼的蒙皮它們?cè)谥髁壕墬l處通過(guò)鉚釘與主梁緣條連接。為了在連接光滑，前蒙皮在連接處有深度為 0.8mm 的下陷，有限元皮在此處的兩層蒙皮的厚度可以等效到主梁的緣條的單的連接也通過(guò)同樣的方法進(jìn)行簡(jiǎn)化。后蒙皮分上翼面蒙皮面蒙皮在后緣處通過(guò)鉚釘連接在后墻上，在后緣處新生面蒙皮在后緣處通過(guò)共結(jié)點(diǎn)連接。簡(jiǎn)化示意圖如圖 2-2 所

圖 2-2 蒙皮簡(jiǎn)化示意圖皮的幾何模型為厚曲面，而有限元模型中采用的是殼單有厚度的幾何曲面，將操縱結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的安裝開(kāi)口的緣條為分界劃分，將襟翼蒙皮幾何模型分割成 22 塊蒙擬數(shù)據(jù)提取及強(qiáng)度校核，對(duì)其進(jìn)行編號(hào)，如圖 2-3 所示

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