航空轮胎着陆冲击响应特性有限元仿真研究

发布时间：2020-06-15 00:45

【摘要】：航空轮胎着陆受到强烈冲击,承受高温、高压以及高负荷,严重影响飞机的安全性。为了提高航空轮胎着陆安全性,需要对航空轮胎着陆时的力学响应特性进行分析。航空轮胎结构复杂,相关的理论研究很难开展。此外,航空轮胎着陆工况复杂,相关的试验很难模拟实际的工况,且成本昂贵。目前,有关航空轮胎着陆的有限元仿真分析较少。本文建立了航空轮胎着陆的有限元模型,分析了航空轮胎着陆时的冲击力学响应特性,并对航空轮胎的着陆安全性进行了评估,研究结果对航空轮胎设计具有一定的工程指导意义。首先,对航空轮胎橡胶进行了准静态单轴拉压试验,结果表明:航空轮胎橡胶具有显著的超弹性特性,并得到了准静态载荷下橡胶的应力应变关系。对航空轮胎橡胶进行了SHPB试验,得到随着应变率的增大,橡胶的模量明显增大且出现了显著的应变硬化现象。为了研究航空轮胎在老化情况下的着陆冲击安全性,本文对不同老化时间的橡胶进行了相同气压下的SHPB试验,结果表明,橡胶老化降低了橡胶的吸能率,减弱了其抗冲击性能。其次,基于单轴拉伸试验数据,建立了航空轮胎橡胶的Yeoh超弹性本构模型。基于Yeoh模型和遗传积分模型,得到了橡胶的率相关的粘超弹性本构模型。基于得到的粘超弹性本构模型,分别对准静态单轴压缩试验以及落球试验进行了仿真分析。通过对比试验结果与仿真结果,验证了该粘超弹性本构模型在准静态工况以及动态冲击的工况下的有效性。最后,基于获得的粘超弹性本构模型,建立了航空轮胎着陆的有限元模型,对航空轮胎着陆冲击进行了分析。结果表明:在轮胎着陆速度为5m/s时,最大冲击荷载是其静载的2.44倍,轮胎的变形主要发生在与地面接触部位以及与其相邻的胎侧部位。此外,由航空轮胎内部结构的应力分布情况表明:胎面两侧的应力明显大于中心导致其先于中心发生磨损现象;胎肩部位、轮辋接触的部位以及钢丝圈接触部位的橡胶基体出现了应力集中情况;内侧十层带束为主要承力部分;中间四层胎体承担了轮胎的主要荷载。最后,对航空轮胎着陆安全性进行了评估,结果表明当着陆竖直分速度达到5m/s左右时,航空轮胎的安全性将难以保障。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V226.8
【图文】：

爆胎,航空轮胎,迦南

5 月 13 日，汉莎航空公司一架 A330-300 飞架共 4 个轮胎爆胎；同年 8 月，拉美 LAW 航迦南机场起飞加速过程中因爆胎起飞近 2 小胎圈(如图 1-1)，所幸上述两起事故没有造成胎的原因有很多。其中，地面对轮胎的冲击

结构分布,航空轮胎,结构分布,子午线

而且也很难利用试验模拟所有的工况。航空轮胎的结构复杂（图不均匀以及材料自身的非线性等因素使得用理论的方法对航空困难[2]。相对来说，有限元方法不仅能快速便捷地预测航空轮胎力分布情况，还能够对轮胎结构优化前后的性能进行快速的对的试验和理论分析，加快航空轮胎的研发进度和生产速度。然轮胎着陆冲击的仿真分析较少。此外，人们在利用有限元技术元模型更加精确，以使仿真和试验的结果更加吻合。因此，在析航空轮胎着陆冲击时，建立较为可靠的有限元模型是必要的

【参考文献】