CN113237749B - 一种基于串联式多支柱起落架的疲劳试验设计方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于起落架试验技术领域，涉及一种基于串联式多支柱起落架的疲劳试验设计方法，所述方法包括：确定串联式多支柱起落架的应力场分布特征；确定所述串联式多支柱起落架的刚度较弱及应力水平较高的区域为第一考核区域；确定所述串联式多支柱起落架的载荷谱对串联式多支柱起落架的各支柱应力场分布的影响；确定所述串联式多支柱起落架在所述载荷谱的作用下的疲劳关键部位为第二考核区域；简化所述串联式多支柱起落架，形成至少包含所述第一考核区域及所述第二考核区域的结构的起落架试验件；对所述起落架试验件进行疲劳试验。本申请实现了试验规模的优化，有利于尽快暴露起落架结构设计缺陷，提高试验加载的协调性及试验周期的可控性。

Description

一种基于串联式多支柱起落架的疲劳试验设计方法
技术领域
本申请属于起落架试验技术领域，特别涉及一种基于串联式多支柱起落架的疲劳试验设计方法。
背景技术
区别于常规多支柱构型，串联式多支柱构型在国际上非常少见，其特点在于各支柱间存在搭接结构，承载时存在相互传载的特性。
如图1所示，起落架包含n个支柱1，第一个支柱11前端通过前端连接结构2进行固定，多个支柱通过搭接结构3相互连接。
显然，若仅采用单支柱进行疲劳试验，无法反应结构的承载特性；若选用全尺寸试验件进行疲劳试验，会导致试验规模过大，试验周期明显增长。目前，国内规范尚无相关条例支持多支柱起落架的疲劳试验设计，国外几乎没有资料可以参考。为高效、可靠地完成串联式多支柱起落架的疲劳试验验证，如何在保证试验有效、兼顾传载特性的前提下，对规模进行优化是需要迫切解决的技术难点。
发明内容
为了解决上述技术问题，针对串联式多支柱起落架，提出一种既能反映结构复杂承载特性又能有效缩短试验周期的试验设计方法。
本申请提供了一种基于串联式多支柱起落架的疲劳试验设计方法，主要包括：
步骤S1、确定串联式多支柱起落架的应力场分布特征，所述应力场分布特征用于表征所述串联式多支柱起落架的各支柱的承载能力；
步骤S2、确定所述串联式多支柱起落架的刚度较弱及应力水平较高的区域为第一考核区域；
步骤S3、确定所述串联式多支柱起落架的载荷谱对串联式多支柱起落架的各支柱应力场分布的影响，所述应力场分布的影响用于表征所述串联式多支柱起落架的各支柱在不同工况下的承载情况；
步骤S4、确定所述串联式多支柱起落架在所述载荷谱的作用下的疲劳关键部位为第二考核区域；
步骤S5、简化所述串联式多支柱起落架，形成至少包含所述第一考核区域及所述第二考核区域的结构的起落架试验件；
步骤S6、对所述起落架试验件进行疲劳试验。
优选的是，步骤S2中，所述刚度较弱及应力水平较高的区域是指，由所述串联式多支柱起落架的最小连接结构所构成的多个划分单元中，刚度低于刚度阈值的单元及应力水平超过应力阈值的单元所对应的区域。
优选的是，步骤S2中，所述刚度较弱及应力水平较高的区域是指，由所述串联式多支柱起落架的最小连接结构所构成的多个划分单元中，按从大到小进行刚度值及应力值排序后，刚度值排名靠后的多个指定数量单元及应力值排名靠前的多个指定数量单元所在的区域。
优选的是，所述指定数量单元占比所有划分单元数量的5％-20％。
优选的是，步骤S4中，通过疲劳寿命试验确定所述串联式多支柱起落架寿命最短的部位或寿命较短的多个指定数量的部位为疲劳关键部位。
优选的是，所述指定数量的部位占比所有划分的部位数量的5％-20％。
优选的是，步骤S5中，形成所述起落架试验件包括：以第一考核区域及所述第二考核区域的结构作为试验件构造方案选取结构，省略构造其他支柱或者支柱中的部位，所述其他支柱或者支柱中的部位是指不包含所述第一考核区域及所述第二考核区域的支柱或支柱中的部位。
优选的是，步骤S5中，形成所述起落架试验件包括：以连接件为最小单位，保留涵盖所述第一考核区域及所述第二考核区域的连接件为考核部位，对所述考核部位进行机械连接。
优选的是，对所述考核部位进行机械连接包括将不同支柱上的待考核部位连接形成一个完整的支柱，或者将包含所述考核部位的第一支柱与包含待考核部位的连接于第二支柱的辅助连接结构相互连接，所述辅助连接结构以与所述第二支柱相同的连接方式连接于所述第一支柱。
优选的是，步骤S5中，形成所述起落架试验件包括：保留至少两个支柱。
本申请设计一种较为先进的基于串联式多支柱起落架的疲劳试验设计方法，在保证试验结果的有效性、可靠性，且不违反试验件选取原则的前提下，实现试验规模的优化，有利于尽快暴露起落架结构设计缺陷，提高试验加载的协调性及试验周期的可控性。
附图说明
图1是串联式起落架布局结构示意图。
图2是本申请基于串联式多支柱起落架的疲劳试验设计方法的一优选实施例的流程图。
图3是应力场分布特征分析的流程图。
图4是疲劳关键部位分布特点分析的流程图。
图5是疲劳试验规模的优化的流程图。
图6是本申请一优选实施例的应力场分布特征示意图。
图7是本申请一优选实施例的疲劳关键部位分布特点示意图。
图8是本申请一优选实施例的单支柱方案结构示意图。
图9是图8所示实施例的单支柱方案应力场分析结果示意图。
图10是本申请一优选实施例的双支柱方案结构示意图。
图11是图10所示实施例的双支柱方案应力场分析结果示意图。
其中，1-支柱，11-第一支柱，12-第二支柱，1(n-1)-第n-1支柱，1n-第n支柱，2-前端连接结构，3-搭接结构。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式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。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请基于串联式多支柱起落架的疲劳试验设计方法，如图2所示，主要包括：
步骤S1、确定串联式多支柱起落架的应力场分布特征，所述应力场分布特征用于表征所述串联式多支柱起落架的各支柱的承载能力；
步骤S2、确定所述串联式多支柱起落架的刚度较弱及应力水平较高的区域为第一考核区域；
步骤S3、确定所述串联式多支柱起落架的载荷谱对串联式多支柱起落架的各支柱应力场分布的影响，所述应力场分布的影响用于表征所述串联式多支柱起落架的各支柱在不同工况下的承载情况；
步骤S4、确定所述串联式多支柱起落架在所述载荷谱的作用下的疲劳关键部位为第二考核区域；
步骤S5、简化所述串联式多支柱起落架，形成至少包含所述第一考核区域及所述第二考核区域的结构的起落架试验件；
步骤S6、对所述起落架试验件进行疲劳试验。
其中，步骤S1-步骤S2是基于应力场分布选取考核部位，如图3所示，基于静强度分析、试验的结果，开展如下研究：
1、探索串联式多支柱起落架构型的应力场分布特征；
2、确定出结构的所有高应力区及刚度较弱的区域。
步骤S3-步骤S4是基于疲劳关键部位分布特点选取考核部位，如图4所示，基于疲劳载荷特征及疲劳寿命的分析结果，开展如下研究：
1、探索谱载荷对各支柱应力场分布的影响；
2、确定出结构的所有疲劳关键部位并研究其分布特点。
步骤S5是进行疲劳试验规模优化，如图5所示，结合应力场、疲劳关键部位的分布情况，在保证结构细节完整性、试验结果有效性、可靠性的前提下，兼顾支柱间的传载特性，对串联式构型疲劳试验的规模进行优化。优化至少应遵循以下原则：
1、能够考核或包容起落架的所有疲劳关键部位及结构细节；
2、试件的承载情况应尽可能模拟起落架的真实承载。
参考图5，疲劳试验可优化为两种规模的组合方案：“最简化试验方案(原则1)”+“次简化试验方案(原则2)”。其中，采用“最简化试验方案”进行探索性疲劳试验：快速暴露起落架结构设计缺陷；采用“次简化试验方案”进行疲劳验证试验：不仅符合试验件选取原则，还能对试验规模进行合理简化，提高试验加载的协调性及试验周期的可控性。以下通过案例进行详细说明。
如图6所示，在步骤S1-步骤S2中，静强度分析、试验结果显示：串联式构型中，若各支柱承载相同，则第1～n-1个支柱的应力场分布特征几乎一致；第n个支柱由于后端无搭接结构，支持刚度较弱，应力水平较高。
在一些可选实施方式中，在步骤S2中，所述刚度较弱及应力水平较高的区域是指，由所述串联式多支柱起落架的最小连接结构所构成的多个划分单元中，刚度低于刚度阈值的单元及应力水平超过应力阈值的单元所对应的区域。
在一些可选实施方式中，在步骤S2中，所述刚度较弱及应力水平较高的区域是指，由所述串联式多支柱起落架的最小连接结构所构成的多个划分单元中，按从大到小进行刚度值及应力值排序后，刚度值排名靠后的多个指定数量单元及应力值排名靠前的多个指定数量单元所在的区域。
在一些可选实施方式中，所述指定数量单元占比所有划分单元数量的5％-20％。
例如该串联式多支柱起落架划分为100个单元，则指定数量为5个，10个，或者20个，备选实施方式中，由于串联式多支柱起落架由多个相同结构的支柱构成，除支柱外，其他结构连接件数量较少，因此在一定程度上可以将指定数量单元设为1个，即指定刚度最低的单元及应力水平最高的单元作为第一考核区域。
如图7所示，在步骤S3-步骤S4中，疲劳载荷特点：着陆段工况下，受到着陆迎角的影响，各支柱承受的载荷按照由前向后的顺序依次增加；其余工况下，各支柱承载情况相当。寿命分析结果：串联式构型在谱载荷的作用下，疲劳关键部位集中在前端连接结构及第n个支柱主结构上。
在一些可选实施方式中，步骤S4中，通过疲劳寿命试验确定所述串联式多支柱起落架寿命最短的部位或寿命较短的多个指定数量的部位为疲劳关键部位。
在一些可选实施方式中，所述指定数量的部位占比所有划分的部位数量的5％-20％。
与上述“指定数量单元”相似，这里的指定数量的部位根据具体情况可以选取5％，10％或者20％，例如本实施例中选取了两个疲劳关键部位集中区。
在一些可选实施方式中，步骤S5中，形成所述起落架试验件包括：以第一考核区域及所述第二考核区域的结构作为试验件构造方案选取结构，省略构造其他支柱或者支柱中的部位，所述其他支柱或者支柱中的部位是指不包含所述第一考核区域及所述第二考核区域的支柱或支柱中的部位。
本实施例中，基于上述结果，对串联式构型疲劳试验的规模进行优化时，至少应遵循以下原则：
1、能够考核或包容起落架的所有疲劳关键部位及结构细节：至少包括前端连接结构及第n个支柱主结构。
2、试件的承载情况应尽可能模拟起落架的真实承载：至少包含承载最重、支撑刚度最弱的第n个支柱结构；尽可能兼顾支柱间的传载特性。
在一些可选实施方式中，步骤S5中，形成所述起落架试验件包括：以连接件为最小单位，保留涵盖所述第一考核区域及所述第二考核区域的连接件为考核部位，对所述考核部位进行机械连接。
该实施例对应于“单支柱试验方案”：
如图8所示，根据上述分析结果，选取前端连接结构这一考核部位，以及选取第n个支柱整体这一考核部位进行机械连接形成试验件。在谱载荷作用下，图9给出了应力场分析结果。应力场分析结果显示：与原构型相比，单支柱试验方案中的第n个支柱应力场分布几乎未发生变化。
采用单支柱方案进行疲劳试验，虽然无法兼顾结构的传载特性，但能够覆盖绝大部分疲劳关键部位。由于结构的大幅简化，试验加载点减少(n-1)/n，加载协调关系较易实现；安装、探伤周期缩短，便于试验进度的控制，有利于快速给出试验结果，及时保障外场的飞行安全
在一些可选实施方式中，对所述考核部位进行机械连接包括将不同支柱上的待考核部位连接形成一个完整的支柱，或者将包含所述考核部位的第一支柱与包含待考核部位的连接于第二支柱的辅助连接结构相互连接，所述辅助连接结构以与所述第二支柱相同的连接方式连接于所述第一支柱。
如上述实施例中，前端连接结构2即为辅助连接结构，其与第1支柱连接的方式适用于其与第n个支柱的连接。
在一些可选实施方式中，步骤S5中，形成所述起落架试验件包括：保留至少两个支柱。
该实施例对应于“双支柱试验方案”：
如图10所示，试验件选取：前端连接结构+第n-1、n个支柱。在谱载荷作用下，应力场分析结果显示：与原构型相比，如图11所示，双支柱方案中的第n个支柱应力场分布并未发生变化；第n-1个支柱的应力场能够涵盖第1～n-1个支柱的所有高应力区。
采用双支柱方案能够在保证起落架所有疲劳关键部位的损伤能够被包容的前提下，兼顾相邻主支柱之间的传载特性。由于结构的简化，试验加载点减少(n-2)/n，加载协调关系较易实现；安装、探伤周期缩短，便于试验进度的控制；试验成本降低，具有较好的经济性。
本申请解决了串联式起落架构型疲劳试验规模过大、试验效率低下、试验周期过长的设计难题，基于结构的承载特性、应力场的分布特征及疲劳关键部位的分布特点，在保证试验结果有效、可靠，兼顾支柱间复杂传载特性的前提下，提炼出了一套不仅能反映串联式多支柱起落架复杂承载特性，且能有效缩短试验周期的试验设计方法，有利于尽快暴露起落架结构设计缺陷，有利于尽早开展细节完善工作，减少后期设计的迭代次数，实现了疲劳试验规模的合理简化，提高了试验加载的协调性及试验周期的可控性。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于串联式多支柱起落架的疲劳试验设计方法，其特征在于，包括：
步骤S1、确定串联式多支柱起落架的应力场分布特征，所述应力场分布特征用于表征所述串联式多支柱起落架的各支柱的承载能力；
步骤S2、确定所述串联式多支柱起落架的刚度较弱及应力水平较高的区域为第一考核区域；
步骤S3、确定所述串联式多支柱起落架的载荷谱对串联式多支柱起落架的各支柱应力场分布的影响，所述应力场分布的影响用于表征所述串联式多支柱起落架的各支柱在不同工况下的承载情况；
步骤S4、确定所述串联式多支柱起落架在所述载荷谱的作用下的疲劳关键部位为第二考核区域；
步骤S5、简化所述串联式多支柱起落架，形成至少包含所述第一考核区域及所述第二考核区域的结构的起落架试验件；
步骤S6、对所述起落架试验件进行疲劳试验；
其中，步骤S5中，形成所述起落架试验件包括：以第一考核区域及所述第二考核区域的结构作为试验件构造方案选取结构，省略构造其他支柱或者支柱中的部位，所述其他支柱或者支柱中的部位是指不包含所述第一考核区域及所述第二考核区域的支柱或支柱中的部位，以连接件为最小单位，保留涵盖所述第一考核区域及所述第二考核区域的连接件为考核部位，对所述考核部位进行机械连接，对所述考核部位进行机械连接包括将不同支柱上的待考核部位连接形成一个完整的支柱，或者将包含所述考核部位的第一支柱与包含待考核部位的连接于第二支柱的辅助连接结构相互连接，所述辅助连接结构以与所述第二支柱相同的连接方式连接于所述第一支柱；
步骤S5中，形成所述起落架试验件包括：保留至少两个支柱。
2.如权利要求1所述的基于串联式多支柱起落架的疲劳试验设计方法，其特征在于，步骤S2中，所述刚度较弱及应力水平较高的区域是指，由所述串联式多支柱起落架的最小连接结构所构成的多个划分单元中，刚度低于刚度阈值的单元及应力水平超过应力阈值的单元所对应的区域。
3.如权利要求1所述的基于串联式多支柱起落架的疲劳试验设计方法，其特征在于，步骤S2中，所述刚度较弱及应力水平较高的区域是指，由所述串联式多支柱起落架的最小连接结构所构成的多个划分单元中，按从大到小进行刚度值及应力值排序后，刚度值排名靠后的多个指定数量单元及应力值排名靠前的多个指定数量单元所在的区域。
4.如权利要求3所述的基于串联式多支柱起落架的疲劳试验设计方法，其特征在于，所述指定数量单元占比所有划分单元数量的5％-20％。
5.如权利要求1所述的基于串联式多支柱起落架的疲劳试验设计方法，其特征在于，步骤S4中，通过疲劳寿命试验确定所述串联式多支柱起落架寿命最短的部位或寿命较短的多个指定数量的部位为疲劳关键部位。
6.如权利要求5所述的基于串联式多支柱起落架的疲劳试验设计方法，其特征在于，所述指定数量的部位占比所有划分的部位数量的5％-20％。
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