【摘要】：本文以某型號單發(fā)四座固定翼通航飛機的襟翼為研究對象,通過有限元模擬計算和工程算法計算相結(jié)合的方法,研究了飛機結(jié)構(gòu)有限元建模和靜強度校核的一般方法和過程,校核了該襟翼初步設(shè)計方案的結(jié)構(gòu)靜強度,為該襟翼的后續(xù)優(yōu)化設(shè)計和該型號通航飛機的適航審定工作提供理論依據(jù)。首先對襟翼的幾何模型進行了修剪和簡化。研究襟翼的有限元精細化模型的建模方法,包括結(jié)構(gòu)簡化、網(wǎng)格劃分、結(jié)構(gòu)材料屬性、約束條件和載荷加載。利用所建立的精細化模型對襟翼在極限載荷作用下各結(jié)構(gòu)的受載和應(yīng)力進行了模擬計算,得到各結(jié)構(gòu)靜強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結(jié)構(gòu)的支反力。然后分析了該襟翼各個部件的受力特點,明確了靜強度校核的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容。詳細研究了飛機典型結(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,通過工程算法計算了各個結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)(破壞)的臨界應(yīng)力和臨界載荷。詳細介紹了各結(jié)構(gòu)靜強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算公式。以該襟翼的旋轉(zhuǎn)接頭耳片為研究對象,通過理論計算和有限元模擬,分別計算了該耳片鉚釘偏心連接釘載的分配,并對鉚釘偏心連接釘載的分配規(guī)律進行了實驗驗證。最后根據(jù)靜強度校核結(jié)果,對該襟翼后續(xù)的輕量化設(shè)計提出了一種優(yōu)化設(shè)計方案使襟翼在保證靜強度要求的同時降低結(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)通過鉚釘偏心連接釘載分配的理論公式計算的釘載分配結(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,兩種計算方法都能較準確得到偏心連接鉚釘群中釘載最大的鉚釘及其載荷,實驗結(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)計方案能一定程度地減輕襟翼的結(jié)構(gòu)重量,但是同時也降低了結(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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V215
【圖文】：

以確保模擬計算的準確性。（4）一些典型的結(jié)構(gòu)細節(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節(jié)建立的需要，將有限元網(wǎng)為 4mm±1mm。綜合考慮計算的準確性和計算量的大小，模型中網(wǎng)格盡一些的尺寸（5mm），在襟翼后緣和其他細節(jié)處網(wǎng)格大小可調(diào)整至 3m）對蒙皮、梁腹板等具有規(guī)則外形的結(jié)構(gòu)，嚴格使用規(guī)整的網(wǎng)格，對于則外形的結(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)格個網(wǎng)格的尺寸不存在明顯的變化、四邊形面網(wǎng)格的長寬比不應(yīng)過大。（有限元模型的鉚釘連接都通過共結(jié)點來實現(xiàn)，在鉚釘連接處有不同厚度這些不同厚度的板元通過一層殼單元等效厚度模擬。 襟翼幾何模型簡介及其修剪和簡化某型號通航飛機的襟翼的結(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化模型的要求，特別是要實現(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，需要對襟翼的幾何模的簡化皮厚度 ts為 0.8mm，以主梁緣條為分界線，把襟翼的蒙皮它們在主梁緣條處通過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同樣的方法進行簡化。后蒙皮分上翼面蒙皮面蒙皮在后緣處通過鉚釘連接在后墻上，在后緣處新生面蒙皮在后緣處通過共結(jié)點連接。簡化示意圖如圖 2-2 所

圖 2-2 蒙皮簡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)提取及強度校核，對其進行編號，如圖 2-3 所示

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本文編號：2750859