CN112182756B - 一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于直升机重要连接接头疲劳试验设计技术领域，公开了一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法。在开展疲劳试验之前，通过数值仿真方法进行试验陪试件刚度设计、试验件安装和加载设计。本发明提出的一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法，能够保证机体结构的刚度对试验精度的影响在可接受范围内、疲劳试验结果可靠性和合理性。此外，基于准确、可靠的疲劳试验数据获得主起落架缓冲支柱接头的安全疲劳极限、平均疲劳极限和结构寿命曲线，为其疲劳寿命设计提供数据支撑。

Description

一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法
技术领域
本发明属于直升机重要连接接头疲劳试验设计技术领域，涉及一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法。
背景技术
开展主起落架缓冲支柱接头疲劳试验之前要进行疲劳试验设计，传统的设计思路是：与接头连接的机体结构不作为试验考核件，因此直接将接头单独作为试验件、通过螺栓紧固件固定于试验台上。通过数值仿真发现：与接头连接的机体结构的刚度会直接影响接头载荷分布。若不对接头连接的机体结构的刚度进行设计，接头疲劳试验的精度会受到影响、无法保证疲劳试验结果的准确性、可靠性。
为能准确模拟主起落架缓冲支柱接头在真实装机中的受力状态、载荷传递与扩散，将与主起落架缓冲支柱接头连接的机体结构作为试验陪试件开展主起落架缓冲支柱接头疲劳特性试验。考虑到试验件生产周期和成本，采用金属平板代替与接头连接的机体结构。以主起落架缓冲支柱接头应力分布为目标，对主起落架缓冲支柱接头疲劳试验陪试件的刚度、安装进行设计。
发明内容
本发明提供一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法，采用数值模拟方法进行主起落架缓冲支柱接头疲劳试验陪试件的刚度设计、安装及加载设计。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法，所述方法包括：
S1，确定主起落架缓冲支柱接头的陪试件，所述陪试件用于表征真实机体连接结构；
S2，获取主起落架缓冲支柱接头的试验考核件，将所述试验考核件和陪试件连接作为最终的疲劳特性试验件；将所述最终的疲劳特性试验件通过紧固件固定在试验台上；
S3，对最终的疲劳特性试验件施加特征载荷，进行主起落架缓冲支柱接头疲劳试验。
(1)S1，确定主起落架缓冲支柱接头的陪试件，具体包括：
S1a，建立主起落架缓冲支柱接头及真实机体连接结构的第一有限元模型；
S1b，采用预设厚度的金属平板和连接在金属平板上的蒙皮取代真实机体连接结构，将预设厚度的金属平板和连接在金属平板上的蒙皮记为陪试件；并建立主起落架缓冲支柱接头及陪试件的初始第二有限元模型；
S1c，在相同的着陆或地面工况下，分别应用所述第一有限元模型、初始第二有限元模型获取主起落架缓冲支柱接头的应力分布；
S1d，增加金属平板的预设厚度，得到新的第二有限元模型，采用新的第二有限元模型替代初始第二有限元模型；
S1e，重复执行S1c和S1d，直到应用所述第一有限元模型、新的第二有限元模型获取的主起落架缓冲支柱接头的应力分布相同，得到金属平板的最终预设厚度；
S1f，根据所述金属平板的最终预设厚度制作金属平板的陪试件。
(2)S1b中建立主起落架缓冲支柱接头及陪试件的初始第二有限元模型时，需要对蒙皮在航向的前后端部节点进行航向和垂向的平动自由度约束。
(3)所述初始第二有限元模型中还包括对金属平板与试验台的连接螺栓的边界条件约束。
(4)根据所述连接螺栓的边界条件约束，确定所述初始第二有限元模型中金属平板与试验台的连接区的厚度。
(5)在S3之前，所述方法还包括：
对所述主起落架缓冲支柱接头进行常规的疲劳特性试验，确定主起落架缓冲支柱接头的特征载荷。
(6)金属平板的最终预设厚度为2mm。
(7)连接螺栓的边界条件约束具体为连接螺栓的个数及连接螺栓的直径。
(8)金属平板与试验台的连接区的厚度为4mm。
本发明提供一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法，能够保证与主起落架缓冲支柱接头连接的机体结构的刚度对疲劳试验精度的影响在可接受范围内、疲劳试验结果可靠性和合理性。基于准确、可靠的疲劳试验数据获取主起落架缓冲支柱接头的安全疲劳极限、平均疲劳极限及结构寿命曲线，为主起落架缓冲支柱接头疲劳寿命设计提供数据支撑。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行具体说明。
本发明提供一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法，采用数值模拟方法进行主起落架缓冲支柱接头疲劳试验陪试件的刚度设计、安装及加载设计。
一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法，所述方法包括：
(1)建立主起落架缓冲支柱接头及真实机体连接结构的第一有限元模型；
(2)采用预设厚度的金属平板和连接在金属平板上的蒙皮取代真实机体连接结构，将预设厚度的金属平板和连接在金属平板上的蒙皮记为陪试件；并建立主起落架缓冲支柱接头及陪试件的初始第二有限元模型；
(3)在相同的着陆或地面工况下，分别应用所述第一有限元模型、初始第二有限元模型获取主起落架缓冲支柱接头的应力分布；
(4)增加金属平板的预设厚度、金属平板与试验台连接区厚度及连接螺栓个数、分布位置，得到新的第二有限元模型，采用新的第二有限元模型替代初始第二有限元模型；
(5)重复执行第3、4步，直到应用所述第一有限元模型、新的第二有限元模型获取的主起落架缓冲支柱接头的应力分布相同，得到金属平板的最终预设厚度、金属平板与试验台连接区的厚度及螺栓个数和分布位置；根据所述金属平板的最终预设厚度、金属平板与试验台连接区的厚度及螺栓个数和分布位置制作金属平板的陪试件；
(6)在第二有限元模型中需对连接在金属平板上的蒙皮在航向的前后端部节点进行航向和垂向的平动自由度约束；
(7)依据主起落架缓冲支柱接头的材料S-N曲线，所述的S-N曲线横轴代表循环次数N、纵轴代表等效应力S。当循环次数N等于50万次时，通过查S-N曲线获得循环次数N等于50万次所对应的等效应力，反推出最大载荷，最终确定主起落架缓冲支柱接头疲劳试验特征载荷；
(8)按照第5步确定的金属平板与试验台连接的螺栓个数，将主起落架缓冲支柱接头疲劳试验陪试件与试验台连接，由第7步确定的疲劳试验特征载荷通过主起落架缓冲支柱假件施加。
本发明提供的一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法，能够保证与主起落架缓冲支柱接头连接的机体结构的刚度对疲劳试验精度的影响在可接受范围内、疲劳试验结果可靠性和合理性。基于准确、可靠的疲劳试验数据获取主起落架缓冲支柱接头的安全疲劳极限、平均疲劳极限及结构寿命曲线，为主起落架缓冲支柱接头疲劳寿命设计提供数据支撑。
具体的，
1、依据疲劳载荷谱，以载荷大小、方向和出现的频次确定疲劳工况，该疲劳工况下主起落架缓冲支柱接头疲劳载荷如表1所示。采用数值仿真的方法获取该疲劳工况下主起落架缓冲支柱接头应力分布。
表1某主起缓冲支柱接头疲劳载荷示意
Figure BDA0002700456920000041
具体操作过程：
1a、应用第一有限元模型分析疲劳工况下主起落架缓冲支柱接头VonMises应力；
1b、采用初始的第二有限元模型分析该疲劳工况下主起落架缓冲支柱接头VonMises应力；
1c、增加金属平板的预设厚度、金属平板与试验台连接区厚度及连接螺栓个数、分布位置，得到新的第二有限元模型，采用新的第二有限元模型替代初始第二有限元模型；
1d、重复执行1b、1c步，直到应用所述第一有限元模型、新的第二有限元模型获取的主起落架缓冲支柱接头的应力分布相同，得到金属平板的最终预设厚度、金属平板与试验台连接区的厚度及螺栓个数和分布位置；根据所述金属平板的最终预设厚度、金属平板与试验台连接区的厚度及边界约束条件；
2、在第二有限元模型中，约束试验陪试件与试验台螺栓连接点面内平动自由度，约束连接在金属平板的蒙皮的前后端部节点航向和垂向平动自由度；
3、依据主起落架缓冲支柱接头的材料S-N曲线，所述的S-N曲线横轴代表循环次数N、纵轴代表等效应力S。当循环次数N等于50万次时，通过查S-N曲线获得循环次数N等于50万次所对应的等效应力，反推出最大载荷，最终确定主起落架缓冲支柱接头疲劳试验特征载荷；
4、将第3步获得的主起落架缓冲支柱接头疲劳试验特征载荷通过缓冲支柱假件施加于试验件上。
本发明提供一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法，能够保证与主起落架缓冲支柱接头连接的机体结构的刚度对疲劳试验精度的影响在可接受范围内、疲劳试验结果可靠性和合理性。基于准确、可靠的疲劳试验数据获取主起落架缓冲支柱接头的安全疲劳极限、平均疲劳极限及结构寿命曲线，为主起落架缓冲支柱接头疲劳寿命设计提供数据支撑。

Claims (8)

1.一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，确定主起落架缓冲支柱接头的陪试件，所述陪试件用于表征真实机体连接结构；具体包括：
S1a，建立主起落架缓冲支柱接头及真实机体连接结构的第一有限元模型；
S1b，采用预设厚度的金属平板和连接在金属平板上的蒙皮取代真实机体连接结构，将预设厚度的金属平板和连接在金属平板上的蒙皮记为陪试件；并建立主起落架缓冲支柱接头及陪试件的初始第二有限元模型；
S1c，在相同的着陆或地面工况下，分别应用所述第一有限元模型、初始第二有限元模型获取主起落架缓冲支柱接头的应力分布；
S1d，增加金属平板的预设厚度，得到新的第二有限元模型，采用新的第二有限元模型替代初始第二有限元模型；
S1e，重复执行S1c和S1d，直到应用所述第一有限元模型、新的第二有限元模型获取的主起落架缓冲支柱接头的应力分布相同，得到金属平板的最终预设厚度；
S1f，根据所述金属平板的最终预设厚度制作金属平板的陪试件；
S2，获取主起落架缓冲支柱接头的试验考核件，将所述试验考核件和陪试件连接作为最终的疲劳特性试验件；将所述最终的疲劳特性试验件通过紧固件固定在试验台上；
S3，对最终的疲劳特性试验件施加特征载荷，进行主起落架缓冲支柱接头疲劳试验。
2.根据权利要求1所述的一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法，其特征在于，S1b中建立主起落架缓冲支柱接头及陪试件的初始第二有限元模型时，需要对蒙皮在航向的前后端部节点进行航向和垂向的平动自由度约束。
3.根据权利要求1所述的一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法，其特征在于，所述初始第二有限元模型中还包括对金属平板与试验台的连接螺栓的边界条件约束。
4.根据权利要求3所述的一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法，其特征在于，根据所述连接螺栓的边界条件约束，确定所述初始第二有限元模型中金属平板与试验台的连接区的厚度。
5.根据权利要求1所述的一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法，其特征在于，在S3之前，所述方法还包括：
对所述主起落架缓冲支柱接头进行常规的疲劳特性试验，确定主起落架缓冲支柱接头的特征载荷。
6.根据权利要求1所述的一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法，其特征在于，金属平板的最终预设厚度为2mm。
7.根据权利要求3所述的一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法，其特征在于，连接螺栓的边界条件约束具体为连接螺栓的个数及连接螺栓的直径。
8.根据权利要求4所述的一种主起落架缓冲支柱接头疲劳试验设计方法，其特征在于，金属平板与试验台的连接区的厚度为4mm。
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