机身新型焊接加筋壁板压缩失稳载荷预估方法研究

发布时间：2017-08-13 17:39

  本文关键词：机身新型焊接加筋壁板压缩失稳载荷预估方法研究

  更多相关文章： 飞机壁板 焊接加筋壁板 压缩失稳载荷预估 有限元分析

【摘要】：焊接加筋壁板可以减轻壁板整体的重量,随着焊接技术水平的越来越成熟,其在飞机机翼、机身结构壁板中的应用日趋广泛。新型焊接壁板不断出现,由于其结构尺寸大、制备费用高,其试验成本巨大,所以从工程计算和有限元模拟预估其结构失稳载荷的方法研究是有必要的。本文以大型Z形焊接加筋壁板为研究对象,结合理论计算、Abaqus有限元模拟与试验对比分析,研究了其轴压过程中失稳载荷的预估方法。首先根据平板屈曲公式研究了其在轴压载荷下壁板结构的局部屈曲载荷,其次采用Johnson-Euler法计算失稳极限载荷。由于蒙皮有效宽度与组成柱截面惯性半径之间的计算复杂,本文给出了其关系曲线图,提高计算此种壁板结构失稳载荷的效率。在以上研究的基础上,建立不同蒙皮与长桁材料组成的焊接壁板结构的平均载荷求取理论模型,计算结果与试验值对比,二者的偏差为4.36%。有限元模拟采用了Buckle线性特征值屈曲同Static, risks弧长法相结合的方法,对壁板失稳过程进行研究,得到蒙皮先屈曲之后长桁屈曲直至整体破坏的结论;提出通过载荷比例因子(LPF)的极值确定壁板极限载荷的方法,并对蒙皮-长桁应用了壳-壳、壳-实体及实体-实体三种建模方式作了比较分析,与试验值对比之后,深入研究了网格尺寸的划分以及蒙皮与长桁接触部分开焊对失稳载荷的影响。最终采用壳-实体建模效果有较好的结论,所得失稳极限载荷偏差为4.1%。应用有限元模拟方法分析了蒙皮、长桁材料弹性模量及边界约束条件对壁板极限载荷的影响,结果可知适当提高长桁材料的弹性模量更有利于增大整体极限载荷；约束线位移比约束角位移对失稳极限载荷影响更大,且侧边约束对提高失稳载荷也有很大影响。理论计算及有限元方法能较好的估算机身焊接加筋壁板的失稳载荷值,可为以后类似加筋壁板的试验提供参考,节约试验成本,提高效率。有利于焊接加筋壁板在飞机结构中的应用。
【关键词】：飞机壁板 焊接加筋壁板 压缩失稳载荷预估 有限元分析
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V262
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景与意义10-11
• 1.2 加筋壁板稳定国内外研究现状11-16
• 1.2.1 加筋壁板压载失稳理论研究现状11-13
• 1.2.2 加筋壁板压载失稳有限元分析研究现状13-15
• 1.2.3 焊接加筋壁板结构研究现状15-16
• 1.3 课题研究的来源及主要内容16-18
• 第2章 加筋壁板稳定性理论分析及应用18-27
• 2.1 加筋壁板结构失稳特点18-19
• 2.2 加筋壁板结构压载失稳载荷理论计算19-26
• 2.2.1 蒙皮屈曲失稳计算19-21
• 2.2.2 长桁的压载失稳计算21-22
• 2.2.3 壁板整体失稳载荷的计算22-25
• 2.2.4 壁板平均失稳载荷的研究25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 有限元模拟方法研究及试验验证27-36
• 3.1 有限元软件Abaqus的失稳分析理论模型27-28
• 3.2 焊接加筋壁板的有限元分析研究28-32
• 3.2.1 Abaqus有限元模拟分析的方法及过程28-29
• 3.2.2 应用Abaqus进行有限元模拟焊接加筋壁板模型对比分析29-32
• 3.3 试验验证32-35
• 3.3.1 试验准备32-33
• 3.3.2 试验过程及现象33-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 有限元模拟修正分析及应用36-54
• 4.1 网格尺寸划分对有限元模拟精度的影响36-43
• 4.1.1 壳-壳建模情况下网格尺寸的研究37-38
• 4.1.2 壳-实体建模情况下网格尺寸划分的研究38-40
• 4.1.3 实体-实体建模情况下网格尺寸划分的研究40-43
• 4.2 有限元模拟开焊研究43-49
• 4.2.1 壳-壳建模情况下的壁板开焊研究44
• 4.2.2 壳-实体建模情况下的壁板开焊研究44-48
• 4.2.3 实体-实体建模情况下的壁板开焊研究48-49
• 4.3 材料弹性模量对失稳极限载荷的影响49-51
• 4.4 约束条件对失稳极限载荷的影响51-52
• 4.4.1 加载端方向约束对极限载荷影响51-52
• 4.4.2 两侧边约束对极限载荷的影响52
• 4.5 本章小结52-54
• 结论54-56
• 参考文献56-60
• 攻读学位期间的研究成果60-61
• 致谢61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 雷一鸣;;大型客机铝锂合金机身壁板压缩稳定性试验研究[J];中国科技信息;2015年15期

2 万春华;段世慧;吴存利;;加筋结构后屈曲有限元建模方法研究[J];机械科学与技术;2015年05期

3 张春宜;路成;费成巍;魏文龙;郝广平;孙旭东;;航空发动机叶片的极值响应面法可靠性分析[J];哈尔滨理工大学学报;2015年02期

4 余明;凌晓涛;史劲松;;加筋壁板大开口结构稳定性分析及试验验证[J];航空科学技术;2015年03期

5 杨帆;岳珠峰;李磊;;基于弧长法的加筋板后屈曲特性分析及试验[J];应用力学学报;2015年01期

6 苏雁飞;赵占文;薛应举;;轴压载荷下复合材料薄壁加筋板后屈曲承载能力分析与试验验证[J];航空科学技术;2014年12期

7 邵青;何宇廷;张腾;冯宇;;平板焊接变形对铝合金搅拌摩擦焊加筋板轴压稳定性能的影响[J];南京航空航天大学学报;2014年06期

8 邵青;何宇廷;张腾;伍黎明;;铝合金搅拌摩擦焊接加筋板剪切稳定性能研究[J];机械工程学报;2014年20期

9 占小红;欧文敏;魏艳红;陈洁;李昊;刘红兵;;大型客机机身壁板激光焊接工艺性分析[J];航空制造技术;2014年17期

10 李婷;郝雪萍;赵洁;吴德锋;;飞机典型复合材料加筋壁板结构稳定性及破坏强度分析[J];飞机设计;2013年06期

，

本文编号：668563