CN109684675A - 一种基于abaqus板体耦合的航空薄壁支架强度分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于飞机强度试验设计技术领域，具体涉及一种基于abaqus板体耦合的航空薄壁支架强度分析方法。该方法是航空薄壁支架在进行强度分析时，将支架简化为板单元，忽略圆角、倒角局部细节，在板模型的接触面附近重新定义接触体，建立接触关系，根据两接触体之间连接件的传力情况确定孔边约束，根据薄壁零件的受力情况，采用coupling单元施加载荷情况，将上述形成的计算模型提交计算，最终输出计算结果，根据计算结果提出改进意见，基本的设计细节确定之后；再进行倒角、圆角优化分析。

Description

一种基于abaqus板体耦合的航空薄壁支架强度分析方法
技术领域
本发明属于飞机强度试验设计技术领域，具体涉及一种基于abaqus板体耦合的航空薄壁支架强度分析方法。
背景技术
有限元教材、相关的论文等给出的模拟接触边界条件的算法均是把结构简化为体单元，一般为四面体单元，这样的网格划分方法导致计算模型规模大，计算机运算量大，运算时间长；在MA700飞机及以往型号研制中，也是把支架简化为体单元进行计算，结果经常出现几天时间才完成一个载荷情况的计算任务，对于飞机上大量的薄壁支架、很多的载荷情况而言，这样的计算效率是很难接受的。
模拟接触边界条件的算法均是把结构简化为体单元，一般为四面体单元，这样的网格划分方法导致计算模型规模大，计算机运算量大，运算时间长对于不采用接触边界条件的计算模型，由于边界条件模拟缺陷，难以给出准确的计算结果，不能凭借这样的计算结果作出设计判断；对于大量存在的只有两个连接件的支架，不采用接触边界条件，计算结果几乎没有使用价值。
发明内容
发明目的：为了准确合理地模拟支架的边界条件，提出一种基于abaqus板体耦合的航空薄壁支架强度分析方法。
技术方案：一种基于abaqus板体耦合的航空薄壁支架强度分析方法，在航空薄壁支架在进行强度分析时，将支架简化为板单元，忽略圆角、倒角局部细节，在板模型的接触面附近重新定义接触体，建立接触关系，根据两接触体之间连接件的传力情况确定孔边约束，根据薄壁零件的受力情况，采用coupling单元施加载荷情况，将上述形成的计算模型提交计算，最终输出计算结果，根据计算结果提出改进意见，基本的设计细节确定之后；再进行倒角、圆角优化分析。
进一步的，所述倒角、圆角优化分析方法为：将薄壁零件局部细节简化为体单元，根据采用板单元分析得到的局部载荷，建立局部模型进行分析，根据分析结果优化设计。
进一步的，板模型通过有限元前处理软件或CATIA建立。
进一步的，所述连接件包括铆钉和螺栓。
有益技术效果:本方法分析时间缩短明显缩短，效率大大提高，设计迭代顺畅，能满足设计效率要求，计算模型的收敛性好。
具体实施方式
一种基于abaqus板体耦合的航空薄壁支架强度分析方法，在航空薄壁支架在进行强度分析时，将支架简化为板单元，忽略圆角、倒角局部细节，在板模型的接触面附近重新定义接触体，建立接触关系，根据两接触体之间连接件的传力情况确定孔边约束，根据薄壁零件的受力情况，采用coupling单元施加载荷情况，将上述形成的计算模型提交计算，最终输出计算结果，根据计算结果提出改进意见，基本的设计细节确定之后；再进行倒角、圆角优化分析。
以螺旋丝杠作动器在机翼后梁上的安装支架为了，载荷方向为丝杠方向，支架材料:7050T7451。强度分析分析步骤如下：
通过有限元前处理软件或CATIA建立有限元模型，单元类型为CQUAD4、CTRIA3，对应的ABAQUS单元类型为S3R、S4R。
ABAQUS提供了导入第三方模型的接口，单击菜单File-Model…打开Import Model对话框，通过对话框中的“File Filter”下拉菜单选择导入的文件类型，通过路径和文件名找到所需导入的模型文件。导入NASTRAN模型文件界面。导入的有限元模型,导入的板单元特性。
简单的，机体边界通过与支架地板接触的有限厚度体来模拟，如果支架底板单元在底板中面上，应把体的上表面移到与底板接触(距离为零)。导入的机体边界模型，模型为CATIA建的模型，通过ABAQUS的CATIA接口导入。
在ABAQUS中，建体单元特性，并在特性(Property)界面赋特性。
1.1接触边界条件
在相互作用(Interaction)界面建立接触边界条件。选择surface to surfacecontact接触类型，分别选择模拟机体的零件的上表面、和底板有限元模型的下表面，根据菜单提示建立接触特性。
接触容差可定位0.2mm。
接触特性要定义垂直方向接触特性。
1.2分析类型及输出要求
在STEP界面定义分析类型及输出要求。分析类型选取general-Static,general,可打开非线性分析按钮。
输出要求选缺省项即可。
1.3定义coupling
作动器与支架安装销简化为coupling单元，在相互作用(Interaction)界面定义。
在销中心位置建立参考点，点击界面上的RP图标，输入参考点坐标，建立参考点。
点击contstraint按钮，选取coupling类型。
按提示依次点击参考点、孔边节点，在选取孔边节点时，选择Select point forthe surface nodes选择框的by feature edge选项，即可方便地选取孔周边节点。
Coupling单元用于模拟销，集中载荷将在该单元的参考点上施加。
1.4载荷施加
施加集中载荷需要先建立载荷坐标系，载荷在载荷坐标系中定义。
点击Load界面的建立坐标系按钮，依次输入直角坐标系的原点、X轴上一点、Y轴上一点，即可建立所需的载荷坐标系。
点击Creat load按钮，选择集中载荷类型，选取载荷坐标系，输入载荷数值，即可施加计划总载荷。
1.5边界条件施加
首先建立施加边界条件所需的坐标系，X向为垂直于底面方向，Y向平行于底边向内，Z向向上。
对模拟机体结构的垫板下表面，施加三个方向的约束；由于有Y向(载荷坐标系)载荷，左侧孔边经过分析调试会有向上运动的趋势，因此对左侧孔边施加三个方向的约束；对右侧边施加三个方向的约束。
1.6计算结果分析
计算得到的最大应力(Mises)为301.7Mpa，依据Y21-GD172-017，取ST向强度值490Mpa。
强度裕度：
计算得到的垫板应力云图，根据应力云图进行分析。支架所受载荷主要通过筋传递，筋板对应区域应力高。

Claims (4)

1.一种基于abaqus板体耦合的航空薄壁支架强度分析方法，其特征在于：航空薄壁支架在进行强度分析时，将支架简化为板单元，忽略圆角、倒角局部细节，在板模型的接触面附近重新定义接触体，建立接触关系，根据两接触体之间连接件的传力情况确定孔边约束，根据薄壁零件的受力情况，采用coupling单元施加载荷情况，将上述形成的计算模型提交计算，最终输出计算结果，根据计算结果提出改进意见，基本的设计细节确定之后；再进行倒角、圆角优化分析。
2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：所述倒角、圆角优化分析方法为：将薄壁零件局部细节简化为体单元，根据采用板单元分析得到的局部载荷，建立局部模型进行分析，根据分析结果优化设计。
3.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：板模型通过有限元前处理软件或CATIA软件建立。
4.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：所述连接件包括铆钉和螺栓。
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