CN104408244A - 一种适用于座舱盖结构的静、热强度耦合分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于飞机设计领域，涉及一种适用于座舱盖结构的静、热强度耦合分析方法。本发明包括如下步骤：第一，建立座舱盖玻璃及金属骨架的体单元细节有限元模型；第二，进行静强度非线性分析的约束、接触、单元选择、载荷、边界条件各参数控制，提交运算并调试；第三，进行热强度分析的材料、温度载荷各参数控制；第四，提交有限元软件进行静、热强度耦合分析。本发明与传统计算相比，真实模拟了座舱盖结构强度的非线性特性，因此计算分析结果更加准确。

Description

一种适用于座舱盖结构的静、热强度耦合分析方法

技术领域

本发明属于飞机设计领域，涉及一种适用于座舱盖结构的静、热强度耦合分析方法。

背景技术

为保证飞行员视野要求，座舱盖玻璃具有高隆起的外形，气动加热的影响因素显著，且有机玻璃材料的力学性能对温度特别敏感，当超过一定的温度值时，材料的力学性能会产生突变。为保证飞行安全，需要进行座舱盖静、热强度耦合分析。

由于座舱盖为多度静不定结构，玻璃与骨架存在夹持接触关系，且边界条件和材料属性具有非线性特征，传统的工程计算方法很难得出准确结果；基于Patran的体(玻璃)、梁(骨架)、MPc(连接)单元组合建模的有限元方法无法准确模拟座舱盖玻璃与骨架的夹持接触的非线性关系及座舱盖的边界条件和材料属性的非线性特征。

因此需要建立一种新的计算方法，更准确的进行座舱盖静、热强度耦合分析。

发明内容

本发明的目的是：是为了解决以上问题，提出一种计算分析方法，能够准确的进行座舱盖结构静强度计算分析。

本发明的技术方案是：一种适用于座舱盖结构的静、热强度耦合分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一，建立座舱盖玻璃及金属骨架的体单元细节有限元模型

确定座舱盖玻璃、涤纶带、通条、侧骨架、侧压板、侧骨架蒙皮、弧框、锁钩、锁环、撑杆及连接结构为主承力构件，略去仅实现功能的零件，为保证零件网格划分质量，对不影响零件静强度计算结果的细节部位的工艺孔进行填充，去除倒角；

第二，进行非线性分析模型的约束、接触、单元选择、载荷、边界条件各参数控制，提交运算并调试

模型中玻璃与涤纶带采用连接面共自由度的方法来模拟玻璃与涤纶带的胶接；涤纶带与侧骨架、涤纶带与侧压板之间设定法向的接触和切向的摩擦接触，撑杆、撑杆支座和连接螺栓之间均设定法向的接触和切向的摩擦接触，锁钩和锁环之间设定法向的接触和切向的摩擦接触；计算中座舱盖玻璃、后弧、两侧蒙皮施加均布载荷，侧骨架、前弧、后弧施加气密带载荷；在座舱盖与机体连接的锁钩、导向销和止动销处施加约束。为使计算易于收敛，按载荷的10％为一步，分成10步进行计算。

第三，进行热强度分析的材料、温度载荷各参数控制

确定材料的线膨胀系数、弹性模量、泊松比随温度的变化关系，按零件的温度场施加温度载荷；

第四，提交有限元软件进行静、热强度耦合分析。

本发明的优点是：本发明与传统计算相比，真实模拟了座舱盖结构强度的非线性特性，因此计算分析结果更加准确。

附图说明

图1为本发明适用于座舱盖静、热强度耦合分析方法流程图；

图2为本发明中的座舱盖玻璃及骨架的体单元细节有限元模型；

其中，1-座舱盖玻璃、2-侧骨架、3-锁环、4-锁钩、5-侧骨架蒙皮、6-侧压板、7-涤纶带。

具体实施方式

下面通过具体的实施实例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

下面给出了某型飞机座舱盖结构的静、热强度耦合分析方法实例。

第一，确定座舱盖玻璃1、涤纶带7、通条、侧骨架2、侧压板6、侧骨架蒙皮5、弧框、锁钩4、锁环3、撑杆及连接结构为主承力构件，略去仅实现功能的零件，为保证零件网格划分质量，对不影响零件静强度计算结果的细节部位的工艺孔进行填充，去除倒角，建立座舱盖玻璃及金属骨架的体单元细节有限元模型。

第二，模型中玻璃与涤纶带采用连接面共自由度的方法来模拟玻璃与涤纶带的胶接；涤纶带与侧骨架、涤纶带与侧压板之间设定法向的接触和切向的摩擦接触，撑杆、撑杆支座和连接螺栓之间均设定法向的接触和切向的摩擦接触，锁钩和锁环之间设定法向的接触和切向的摩擦接触；为提高计算精度，模型中玻璃、弧框、侧骨架、涤纶带、锁钩、锁环、撑杆支座均采用线性减缩积分C3D8R六面体单元建模，侧骨架加强支座由于形状过于复杂，采用修正的二次C3D10M四面体单元；为克服线性减缩积分单元存在沙漏的数值问题，计算中对受弯曲零件，如玻璃、侧骨架、弧框等进行网格细化，在厚度方向保证四层以上的网格密度；计算中载荷按静力试验载荷施加，座舱盖玻璃、后弧、两侧蒙皮施加均布载荷，侧骨架、前弧、后弧施加气密带载荷；在锁钩底座约束x、y、z方向的自由度，前弧导向销位置约束y、z方向的自由度，后弧两侧底端止动销约束x、y、z方向的自由度，顶端铰点约束x、y方向的自由度；为使计算易于收敛，按载荷的10％为一步，分成10步进行计算。

第三，进行热强度分析的材料、温度载荷各参数控制

设定座舱内的温度为计算初始温度，确定材料的线膨胀系数、弹性模量、泊松比随温度的变化关系，有机玻璃温度场随厚度变化按二次函数规律分布，为模拟温度场，将有机玻璃按厚度分为多层，在每一层的节点上施加温度载荷；

第四，提交ABAQUS/Standard模块进行座舱盖静、热强度耦合分析。

Claims (1)

1.一种适用于座舱盖结构的静、热强度耦合分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一，建立座舱盖玻璃及金属骨架的体单元细节有限元模型：

确定座舱盖玻璃、涤纶带、通条、侧骨架、侧压板、侧骨架蒙皮、弧框、锁钩、锁环及连接结构为主承力构件，略去仅实现功能的零件，为保证零件网格划分质量，对不影响零件静强度计算结果的细节部位的工艺孔进行填充，去除倒角；

第二，进行静强度非线性分析的约束、接触、单元选择、载荷、边界条件各参数控制，提交运算并调试：

模型中玻璃与涤纶带采用连接面共自由度的方法来模拟玻璃与涤纶带的胶接；涤纶带与侧骨架、涤纶带与侧压板之间设定法向的接触和切向的摩擦接触，锁钩和锁环之间设定法向的接触和切向的摩擦接触；计算中座舱盖玻璃、后弧、两侧蒙皮施加均布载荷，侧骨架、前弧、后弧施加气密带载荷；在座舱盖与机体连接的锁钩、导向销和止动销处施加约束；

第三，进行热强度分析的材料、温度载荷各参数控制：

确定材料的线膨胀系数、弹性模量、泊松比随温度的变化关系，按零件的温度场施加温度载荷；

第四，提交有限元软件进行静、热强度耦合分析。