一種適用于座艙蓋結(jié)構(gòu)的靜、熱強(qiáng)度耦合分析方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于飛機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及一種適用于座艙蓋結(jié)構(gòu)的靜、熱強(qiáng)度耦合分析方法。本發(fā)明包括如下步驟：第一，建立座艙蓋玻璃及金屬骨架的體單元細(xì)節(jié)有限元模型；第二，進(jìn)行靜強(qiáng)度非線性分析的約束、接觸、單元選擇、載荷、邊界條件各參數(shù)控制，提交運(yùn)算并調(diào)試；第三，進(jìn)行熱強(qiáng)度分析的材料、溫度載荷各參數(shù)控制；第四，提交有限元軟件進(jìn)行靜、熱強(qiáng)度耦合分析。本發(fā)明與傳統(tǒng)計(jì)算相比，真實(shí)模擬了座艙蓋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的非線性特性，因此計(jì)算分析結(jié)果更加準(zhǔn)確。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種適用于座艙蓋結(jié)構(gòu)的靜、熱強(qiáng)度耦合分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于飛機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及一種適用于座艙蓋結(jié)構(gòu)的靜、熱強(qiáng)度耦合分析方法。

【背景技術(shù)】
[0002]為保證飛行員視野要求，座艙蓋玻璃具有高隆起的外形，氣動(dòng)加熱的影響因素顯著，且有機(jī)玻璃材料的力學(xué)性能對(duì)溫度特別敏感，當(dāng)超過(guò)一定的溫度值時(shí)，材料的力學(xué)性能會(huì)產(chǎn)生突變。為保證飛行安全，需要進(jìn)行座艙蓋靜、熱強(qiáng)度耦合分析。
[0003]由于座艙蓋為多度靜不定結(jié)構(gòu)，玻璃與骨架存在夾持接觸關(guān)系，且邊界條件和材料屬性具有非線性特征，傳統(tǒng)的工程計(jì)算方法很難得出準(zhǔn)確結(jié)果；基于Patran的體(玻璃)、梁(骨架)、MPc (連接)單元組合建模的有限元方法無(wú)法準(zhǔn)確模擬座艙蓋玻璃與骨架的夾持接觸的非線性關(guān)系及座艙蓋的邊界條件和材料屬性的非線性特征。
[0004]因此需要建立一種新的計(jì)算方法，更準(zhǔn)確的進(jìn)行座艙蓋靜、熱強(qiáng)度耦合分析。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是:是為了解決以上問(wèn)題，提出一種計(jì)算分析方法，能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行座艙蓋結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度計(jì)算分析。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種適用于座艙蓋結(jié)構(gòu)的靜、熱強(qiáng)度耦合分析方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0007]第一，建立座艙蓋玻璃及金屬骨架的體單元細(xì)節(jié)有限元模型
[0008]確定座艙蓋玻璃、滌綸帶、通條、側(cè)骨架、側(cè)壓板、側(cè)骨架蒙皮、弧框、鎖鉤、鎖環(huán)、撐桿及連接結(jié)構(gòu)為主承力構(gòu)件，略去僅實(shí)現(xiàn)功能的零件，為保證零件網(wǎng)格劃分質(zhì)量，對(duì)不影響零件靜強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果的細(xì)節(jié)部位的工藝孔進(jìn)行填充，去除倒角；
[0009]第二，進(jìn)行非線性分析模型的約束、接觸、單元選擇、載荷、邊界條件各參數(shù)控制，提交運(yùn)算并調(diào)試
[0010]模型中玻璃與滌綸帶采用連接面共自由度的方法來(lái)模擬玻璃與滌綸帶的膠接；滌綸帶與側(cè)骨架、滌綸帶與側(cè)壓板之間設(shè)定法向的接觸和切向的摩擦接觸，撐桿、撐桿支座和連接螺栓之間均設(shè)定法向的接觸和切向的摩擦接觸，鎖鉤和鎖環(huán)之間設(shè)定法向的接觸和切向的摩擦接觸；計(jì)算中座艙蓋玻璃、后弧、兩側(cè)蒙皮施加均布載荷，側(cè)骨架、前弧、后弧施加氣密帶載荷；在座艙蓋與機(jī)體連接的鎖鉤、導(dǎo)向銷(xiāo)和止動(dòng)銷(xiāo)處施加約束。為使計(jì)算易于收斂，按載荷的10%為一步,分成10步進(jìn)行計(jì)算。
[0011 ] 第三，進(jìn)行熱強(qiáng)度分析的材料、溫度載荷各參數(shù)控制
[0012]確定材料的線膨脹系數(shù)、彈性模量、泊松比隨溫度的變化關(guān)系，按零件的溫度場(chǎng)施加溫度載荷；
[0013]第四，提交有限元軟件進(jìn)行靜、熱強(qiáng)度耦合分析。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明與傳統(tǒng)計(jì)算相比，真實(shí)模擬了座艙蓋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的非線性特性，因此計(jì)算分析結(jié)果更加準(zhǔn)確。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明適用于座艙蓋靜、熱強(qiáng)度耦合分析方法流程圖；
[0016]圖2為本發(fā)明中的座艙蓋玻璃及骨架的體單元細(xì)節(jié)有限元模型；
[0017]其中，1-座艙蓋玻璃、2-側(cè)骨架、3-鎖環(huán)、4-鎖鉤、5-側(cè)骨架蒙皮、6-偵彳壓板、7_滌綸帶。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面通過(guò)具體的實(shí)施實(shí)例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0019]下面給出了某型飛機(jī)座艙蓋結(jié)構(gòu)的靜、熱強(qiáng)度耦合分析方法實(shí)例。
[0020]第一，確定座艙蓋玻璃1、滌綸帶7、通條、側(cè)骨架2、側(cè)壓板6、側(cè)骨架蒙皮5、弧框、鎖鉤4、鎖環(huán)3、撐桿及連接結(jié)構(gòu)為主承力構(gòu)件，略去僅實(shí)現(xiàn)功能的零件，為保證零件網(wǎng)格劃分質(zhì)量，對(duì)不影響零件靜強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果的細(xì)節(jié)部位的工藝孔進(jìn)行填充，去除倒角，建立座艙蓋玻璃及金屬骨架的體單元細(xì)節(jié)有限元模型。
[0021]第二，模型中玻璃與滌綸帶采用連接面共自由度的方法來(lái)模擬玻璃與滌綸帶的膠接；滌綸帶與側(cè)骨架、滌綸帶與側(cè)壓板之間設(shè)定法向的接觸和切向的摩擦接觸，撐桿、撐桿支座和連接螺栓之間均設(shè)定法向的接觸和切向的摩擦接觸，鎖鉤和鎖環(huán)之間設(shè)定法向的接觸和切向的摩擦接觸；為提高計(jì)算精度，模型中玻璃、弧框、側(cè)骨架、滌綸帶、鎖鉤、鎖環(huán)、撐桿支座均采用線性減縮積分C3D8R六面體單元建模，側(cè)骨架加強(qiáng)支座由于形狀過(guò)于復(fù)雜，采用修正的二次C3D10M四面體單元；為克服線性減縮積分單元存在沙漏的數(shù)值問(wèn)題，計(jì)算中對(duì)受彎曲零件，如玻璃、側(cè)骨架、弧框等進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，在厚度方向保證四層以上的網(wǎng)格密度；計(jì)算中載荷按靜力試驗(yàn)載荷施加，座艙蓋玻璃、后弧、兩側(cè)蒙皮施加均布載荷，側(cè)骨架、前弧、后弧施加氣密帶載荷；在鎖鉤底座約束X、y、z方向的自由度，前弧導(dǎo)向銷(xiāo)位置約束y、z方向的自由度,后弧兩側(cè)底端止動(dòng)銷(xiāo)約束X、y、z方向的自由度,頂端鉸點(diǎn)約束X、y方向的自由度；為使計(jì)算易于收斂，按載荷的10%為一步，分成10步進(jìn)行計(jì)算。
[0022]第三，進(jìn)行熱強(qiáng)度分析的材料、溫度載荷各參數(shù)控制
[0023]設(shè)定座艙內(nèi)的溫度為計(jì)算初始溫度，確定材料的線膨脹系數(shù)、彈性模量、泊松比隨溫度的變化關(guān)系，有機(jī)玻璃溫度場(chǎng)隨厚度變化按二次函數(shù)規(guī)律分布，為模擬溫度場(chǎng)，將有機(jī)玻璃按厚度分為多層，在每一層的節(jié)點(diǎn)上施加溫度載荷；
[0024]第四，提交ABAQUS/Standard模塊進(jìn)行座艙蓋靜、熱強(qiáng)度耦合分析。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于座艙蓋結(jié)構(gòu)的靜、熱強(qiáng)度耦合分析方法，其特征在于，包括如下步驟: 第一，建立座艙蓋玻璃及金屬骨架的體單元細(xì)節(jié)有限元模型: 確定座艙蓋玻璃、滌綸帶、通條、側(cè)骨架、側(cè)壓板、側(cè)骨架蒙皮、弧框、鎖鉤、鎖環(huán)及連接結(jié)構(gòu)為主承力構(gòu)件，略去僅實(shí)現(xiàn)功能的零件，為保證零件網(wǎng)格劃分質(zhì)量，對(duì)不影響零件靜強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果的細(xì)節(jié)部位的工藝孔進(jìn)行填充，去除倒角； 第二，進(jìn)行靜強(qiáng)度非線性分析的約束、接觸、單元選擇、載荷、邊界條件各參數(shù)控制，提交運(yùn)算并調(diào)試: 模型中玻璃與滌綸帶采用連接面共自由度的方法來(lái)模擬玻璃與滌綸帶的膠接；滌綸帶與側(cè)骨架、滌綸帶與側(cè)壓板之間設(shè)定法向的接觸和切向的摩擦接觸，鎖鉤和鎖環(huán)之間設(shè)定法向的接觸和切向的摩擦接觸；計(jì)算中座艙蓋玻璃、后弧、兩側(cè)蒙皮施加均布載荷，側(cè)骨架、前弧、后弧施加氣密帶載荷；在座艙蓋與機(jī)體連接的鎖鉤、導(dǎo)向銷(xiāo)和止動(dòng)銷(xiāo)處施加約束；第三，進(jìn)行熱強(qiáng)度分析的材料、溫度載荷各參數(shù)控制: 確定材料的線膨脹系數(shù)、彈性模量、泊松比隨溫度的變化關(guān)系，按零件的溫度場(chǎng)施加溫度載荷； 第四，提交有限元軟件進(jìn)行靜、熱強(qiáng)度耦合分析。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104408244SQ201410665909
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】劉漢海, 王成波, 王佳瑩, 蘇昱逢 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所