细节特征对飞机腹板构件力学性能的影响研究

发布时间：2021-01-30 06:01

　　一百年来飞机的出现和发展带来了航空运输业的繁荣,如何对飞机零部件进行更优的设计以提高性能成为人们孜孜以求的目标。飞机在飞行中承受的载荷通过连接件传递到承力构件上,导致承力构件常出现应力集中并成为疲劳破坏的薄弱部位,同时由于构件的结构细节与受力状态有直接关系,因此分析细节特征对承力件整体性能的影响并据此进行设计或改进很有必要。本文针对飞机承力腹板构件在服役过程中出现疲劳寿命不足,以腹板构件为研究对象,采用有限元分析和试验验证相结合的手段进行研究。主要研究内容如下:首先基于ANSYS Workbench平台建立构件有限元模型并对受载后的应力分布和疲劳性能进行分析,分析表明:疲劳失效的原因是连接孔边应力水平过高;对不同型号腹板构件的对比分析表明:增加横向筋条的构件力学性能较原结构变差,增大底角的构件性能较原结构更好,其原因是结构的变化造成局部刚度变化,最终导致载荷在构件各部分的分配比例改变;腹板构件对比试验结果与有限元分析结论一致。其次建立连接轴的精确模型和构件参数化模型。基于连接轴精确模型对其结构细节进行对比分析并改进结构;基于响应面法对构件参数化模型进行计算,获得加筋板结构细节参数变化对... 

【文章来源】：沈阳航空航天大学辽宁省

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

美国F35飞机典型结构件及几何特征参数

程中出现疲劳寿命不足的问题，以腹板构件为研究对象，分，对具有不同结构细节的腹板构件进行对比，研究不同细节影响和细节特征参数变化对构件性能的影响规律。研究结果设计提供依据，也为飞机其它关键承载结构件的设计、改进考方法。构件的发展采用木布结构，飞机结构件主要是木质的支撑框架和板类零组成的飞机机身[2]，飞机的大梁和骨架由木条和木三夹板组之间采用螺栓相连接。木质结构件的优点就是质量轻，采用起飞的条件：升力大于自身的重力。随后这种形式的木质构构更加合理，并一直在飞机上使用到第一次世界大战结束。

结构件强度的同时，又可以明显降低构件的重量，使结构件的外形得到优化，材料性能获得充分利用。飞机上一克重量一克金，现代飞机为了减轻重量提高性能，不断优化设计后的构件形状趋于复杂化。图1.3是现役世界上最大的舰载战斗机苏33的剖视结构图，可以看到苏 33 的机体内部有各种形状的隔板和肋条等，其中有很多带有形状复杂的槽腔、开口和加强筋条的板类结构件。图 1.3 苏 33 舰载战斗机剖视结构图1.3 国内外飞机结构件的研究现状早期有关飞机结构件的力学性能研究主要采用静力学理论计算，但对于复杂的大型结构件，传力路线较难分析，设计人员通过常规计算分析方法很难摸清各结构形式的优劣。近几十年有限元数值分析技术被广泛使用并快速发展[4]，有限元方法让工程人员在设计阶段可以对飞机复杂结构件进行较为准确的应力应变和疲劳计算，也能在后期进行针对性的失效分析[5,6]。目前国内外学者主要通过有限元方法和试验等手段对飞机结构件的力学性能进行研究[7~9]。西北工业大学的赵志彬运用有限元方法对飞机炮舱结构件在工作状态下的应力和变形状态进行分析[10]，分析发现进气道顶部较为薄弱，根据应力分布采用在结构顶部增加纵向加强筋的方法进行改进


本文编号：3008386