CN108052711A - 一种并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法 - Google Patents

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杨忠会
刘汉海
王成波
李文志
苗壮
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Abstract

本发明涉及飞机设计领域，特别涉及一种并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法，包括如下步骤：确定主承力构件，建立所述主承力构件的体单元细节有限元模型；对所述有限元模型进行静强度非线性分析，分析时对约束、接触、单元选择、载荷以及边界条件参数进行预定控制；对所述主承力构件进行热强度分析，分析时对材料和温度载荷参数进行预定控制；根据所述步骤二的静强度非线性分析结果和所述步骤三的热强度分析结果，对所述主承力构件进行热力耦合强度分析。本发明的并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法，与传统计算相比，真实模拟了并联组合发动机安装结构强度的非线性特性，因此计算分析结果更加准确。

Description

一种并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法
技术领域
本发明涉及飞机设计领域，特别涉及一种并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法。
背景技术
发动机为飞机内部最大的热源，发动机安装结构最高使用温度可达到500℃，同时发动机安装结构承受高量级的载荷，为保证飞行安全，需要进行发动机安装结构热力耦合强度分析。
发动机安装结构的使用温度与其距发动机的远近相关，靠近发动机处温度高，远离发动机处温度低，传统的工程计算方法无法计算由于温度梯度引起的热应力；发动机安装结构由不同材料的零件装配而成，由于不同材料的线膨胀系数不同，因此产生的热应力也不同，传统的工程计算方法无法计算由于材料线膨胀系数不同引起的热应力；发动机安装结构采用推力销与推力梁镶嵌式的装配关系，推力销与推力梁通过接触传力，传统的工程计算方法无法计算接触关系的边界非线性特征。
发明内容
本发明的目的是提供了一种并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法，以解决现有发动机安装结构热力耦合强度分析方法存在的至少一个问题。
本发明的技术方案是：
一种并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法，包括如下步骤：
步骤一、确定主承力构件，建立所述主承力构件的体单元细节有限元模型；
步骤二、对所述有限元模型进行静强度非线性分析，分析时对约束、接触、单元选择、载荷以及边界条件参数进行预定控制；
步骤三、对所述主承力构件进行热强度分析，分析时对材料和温度载荷参数进行预定控制；
步骤四、根据所述步骤二的静强度非线性分析结果和所述步骤三的热强度分析结果，对所述主承力构件进行热力耦合强度分析。
可选的，在所述步骤一中，所述主承力构件包括发动机的推力销、推力梁以及环形框。
可选的，在所述步骤一中，建立所述主承力构件的体单元细节有限元模型时，略去仅实现功能的零件，且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，再去除倒角。
可选的，在所述步骤二中，约束、接触、单元选择、载荷以及边界条件参数的选取条件包括：
在所述有限元模型中，推力销与推力梁之间设定法向的接触和切向的摩擦接触，并通过接触算法模拟推力销与推力梁镶嵌的结构关系；
在所述有限元模型中，环形框与推力梁采用螺栓连接，在环形框与推力梁对接面处设置法向的接触和切向的摩擦接触。
可选的，在所述步骤二分析计算过程中，所述有限元模型中推力销、推力梁以及环形框均采用线性减缩积分C3D8R六面体单元建模。
可选的，在所述步骤二分析计算过程中，所述推力销在厚度方向具有四层以上的网格密度。
可选的，在所述步骤二分析计算过程中，在所述推力销端面处施加集中载荷，在环形框及推力梁上施加约束x、y、z方向的自由度。
可选的，在所述步骤二分析计算过程中，是按照载荷的10％为一步，分成10步进行计算。
可选的，在所述步骤三分析计算过程中，是设定常温为计算初始温度，来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。
可选的，在所述步骤三分析计算过程中，是在所述推力销、推力梁以及环形框的节点上分别施加温度载荷，以模拟温度场。
发明效果：
本发明的并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法，与传统计算相比，真实模拟了并联组合发动机安装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是本发明并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
下面结合附图1对本发明并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法做进一步详细说明。
本发明提供了一种并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法，包括如下步骤：
步骤一、确定主承力构件，建立所述主承力构件的体单元细节有限元模型。具体地，主承力构件包括发动机的推力销、推力梁以及环形框，体单元细节有限元模型是关于推力销、推力梁以及环形框的有限元模型。进一步，建立主承力构件的体单元细节有限元模型时，略去仅实现功能的零件，且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，再去除倒角。
步骤二、对所述有限元模型进行静强度非线性分析，分析时对约束、接触、单元选择、载荷以及边界条件参数进行预定控制，提交运算并调试。
具体地，约束、接触、单元选择、载荷以及边界条件参数的选取条件包括：
在有限元模型中，推力销与推力梁之间设定法向的接触和切向的摩擦接触，并通过接触算法模拟推力销与推力梁镶嵌的结构关系；
在有限元模型中，环形框与推力梁采用螺栓连接，在环形框与推力梁对接面处设置法向的接触和切向的摩擦接触。
进一步，在步骤二分析计算过程中，有限元模型中推力销、推力梁以及环形框均采用线性减缩积分C3D8R六面体单元建模。
进一步，在步骤二分析计算过程中，所述推力销在厚度方向具有四层以上的网格密度。
进一步，在步骤二分析计算过程中，在推力销端面处施加集中载荷，在环形框及推力梁上施加约束x、y、z方向的自由度。
进一步，在步骤二分析计算过程中，是按照载荷的10％为一步，分成10步进行计算。
步骤三、对主承力构件进行热强度分析，分析时对材料和温度载荷参数进行预定控制。具体地，在步骤三分析计算过程中，是设定常温为计算初始温度，来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。
进一步，在步骤三分析计算过程中，是在推力销、推力梁以及环形框的节点上分别施加温度载荷，以模拟温度场。
步骤四、根据步骤二的静强度非线性分析结果和步骤三的热强度分析结果，提交ABAQUS/Standard模块对主承力构件进行热力耦合强度分析。
本发明的并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法，与传统计算相比，真实模拟了并联组合发动机安装结构强度的非线性特性，因此计算分析结果更加准确。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、确定主承力构件，建立所述主承力构件的体单元细节有限元模型；
步骤二、对所述有限元模型进行静强度非线性分析，分析时对约束、接触、单元选择、载荷以及边界条件参数进行预定控制；
步骤三、对所述主承力构件进行热强度分析，分析时对材料和温度载荷参数进行预定控制；
步骤四、根据所述步骤二的静强度非线性分析结果和所述步骤三的热强度分析结果，对所述主承力构件进行热力耦合强度分析。
2.根据权利要求1所述的并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述主承力构件包括发动机的推力销、推力梁以及环形框。
3.根据权利要求2所述的并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法，其特征在于，在所述步骤一中，建立所述主承力构件的体单元细节有限元模型时，略去仅实现功能的零件，且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，再去除倒角。
4.根据权利要求2或3所述的并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法，其特征在于，在所述步骤二中，约束、接触、单元选择、载荷以及边界条件参数的选取条件包括：
在所述有限元模型中，推力销与推力梁之间设定法向的接触和切向的摩擦接触，并通过接触算法模拟推力销与推力梁镶嵌的结构关系；
在所述有限元模型中，环形框与推力梁采用螺栓连接，在环形框与推力梁对接面处设置法向的接触和切向的摩擦接触。
5.根据权利要求4所述的并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法，其特征在于，在所述步骤二分析计算过程中，所述有限元模型中推力销、推力梁以及环形框均采用线性减缩积分C3D8R六面体单元建模。
6.根据权利要求5所述的并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法，其特征在于，在所述步骤二分析计算过程中，所述推力销在厚度方向具有四层以上的网格密度。
7.根据权利要求6所述的并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法，其特征在于，在所述步骤二分析计算过程中，在所述推力销端面处施加集中载荷，在环形框及推力梁上施加约束x、y、z方向的自由度。
8.根据权利要求7所述的并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法，其特征在于，在所述步骤二分析计算过程中，是按照载荷的10％为一步，分成10步进行计算。
9.根据权利要求4所述的并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法，其特征在于，在所述步骤三分析计算过程中，是设定常温为计算初始温度，来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。
10.根据权利要求9所述的并联组合发动机安装结构的热力耦合分析方法，其特征在于，在所述步骤三分析计算过程中，是在所述推力销、推力梁以及环形框的节点上分别施加温度载荷，以模拟温度场。
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