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某型货机货舱门结构优化设计(一)

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Ice_XIAO 发表于 2013-4-7 18:07:41
发表时间:2012/12/12 朱岩 王卯升 罗涛 来源:Altair



摘要:本文运用HyperWorks软件建立了货舱门及周围结构的有限元模型并分析求解,了解当前设计下的舱门结构强度、刚度以及减重潜力,评估了当前结构的设计性能及改进方向。通过优化设计技术对当前舱门的结构进行了优化减重,得到了满足要求的改进方案。

关键词:货舱门 有限元 优化设计

1 货舱门结构简介

    某型货机货舱门位于中机身右侧(顺航向)27~32框间,门大小尺寸为2500mm×2000mm,飞机装卸货物时,货舱门向上翻转开启(完全开启时向上翻转100°)和向下翻转关闭,货舱门采用电动操作。

    货舱门门体结构由外蒙皮、横向11个梁、纵向的8个隔板、3个长桁和上、下边框以及承力锁销等组成,如图1所示。

    图1 某型货机货舱门及门框结构

2 有限元建模

   2.1 机身整体有限元模型

    按照某型货机货舱门静力试验要求,静力试验件包括20框~45框(含货舱门)之间机身结构以及水平尾翼和垂直尾翼,各部件均按装配图与机身对接,机身20框和承力钢板连接。机身有限元模型的节点取在机身理论外形线上以及纵、横结构件的交点处,然后由这些节点形成自然网格。建立机身有限元模型见图2。

    图2 机身有限元模型

    2.2 货舱门及门框细节有限元模型

    货舱门有限元模型简化时,主要考虑了门及门框结构的受力特点及刚度特性,刚度取自CATIA三维数模及二维图纸,具体简化原则如下:框、梁、长桁、隔板、蒙皮等薄板件采用壳单元;厚板件及实体机加件采用六面体单元;铆钉、螺栓等连接件采用cweld单元。建立门及门框结构有限元模型见图3和图4。

    图3 货舱门结构有限元模型

    图4 货舱门门框结构有限元模型

2.3 机身与门框及货舱门有限元模型的连接    机身整体模型与门框细节模型在门框部门重叠,机身整体模型与门框细节模型的连接采用rbe3单元连接。    舱门与门框有限元模型的连接,合页连接用梁单元进行模拟,挡块与滚轮、锁座与锁之间的接触通过滑动接触来模拟。    2.4 材料    货舱门结构共采用了六类材料,材料性能见表1。    表1 材料性能表     2.5 边界约束和载荷    按照某型货机货舱门静力试验要求,试验件采用机身20框和承力钢板连接,承力钢板直接与承力墙连接的支持方式。整机有限元模型通过20框约束在固定承力钢板上。    选取后机身俯仰力矩、偏航力矩、扭矩以及剪力等载荷的极限情况、气密以及气密综合载荷极限情况、货舱门开关运动过程中对结构产生的载荷工况进行加载。




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