Abaqus在飛機機翼仿真分析中的應用

2016-12-27 by:CAE仿真在線來源:互聯網

機翼大致由蒙皮、翼肋、翼梁和墻、長珩等組成。機翼主體受到氣動載荷、慣性載荷以及各連接點傳來的集中載荷等類型的載荷。

可以運用Abaqus提供的梁單元、桿單元、殼單元、三維實體單元對機翼進行靜力分析、動力響應分析(模態、顫振、抖振等)、失穩分析、損傷容限分析、結構優化設計。

對機翼和機身的連接部件、機翼的固定件還可以運用Abaqus的非線性功能進行塑性和接觸等非線性分析。

縫翼滑軌模型裝配件分析

飛機的前緣縫翼是民用客機、大型飛機常用的增升活動面,是通過滑軌在滑輪組架中的運動來改變機翼的翼型,以達到增加升力的目的。滑軌在滑輪組架中的運動就是一個典型的接觸問題。

滑輪組架內在每根滑軌的安裝位置沿滑軌法向和側向各布置了兩組滾輪。當縫翼翼面上的載荷傳到滑軌上時,滑軌受力變形,其上下表面就會有滾輪與滑軌表面發生接觸,從而限制滑軌的法向運動;其左右兩側也會有滾輪與滑軌腹板表面發生接觸,從而限制滑軌的側向運動。

在結構受載過程中,究竟是哪一個或哪些滾輪與滑軌發生接觸,從而為其提供邊界約束就是邊界非線性有限元分析所要考慮的主要問題。

針對某型機縫翼結構中所遇到的接觸問題,應用Abaqus有限元分析軟件,對其進行了邊界非線性有限元分析。利用Abaqus的接觸算法,真實的模擬了縫翼滑軌和滾輪之間的接觸關系,進而得到真實的傳力路經和應力分布。

首先,將已有的縫翼模型利用FromNastran功能將Nastran輸入文件轉化為Abaqus輸入文件。這樣可以有效地利用已有模型和數據,省去重新建模的工作。將模型導入后,就可以在Abaqus/CAE中定義各種非線性行為,如接觸等。

Abaqus/CAE有效的支持混合建模,即有限元模型和幾何模型可以同時在前處理模塊中存在,并方便的施加各種約束條件和載荷。

計算完成后,Abaqus/CAE或Abaqus/Viewer支持各種計算結果的后處理,包括各種非線性因素。

應用Abaqus軟件邊界非線性有限元分析方法,能夠更真實的模擬縫翼滑軌在機翼前緣艙內滑輪架中的支持條件,根據結構的受力狀態判斷滑軌與滾輪之間的接觸狀態,從而體現真實的傳力路徑,得到準確的應力分布。

該方法為某設計單位引進Abaqus軟件后首次在結構接觸分析中的應用,并得到理想的計算結果。建議在其它類似結構的細節分析中,可優先考慮使用Abaqus軟件。它不但降低了對分析人員的經驗要求,還可以得到局部結構更準確的受力特性,進而為結構設計和試驗提供理論依據。

中外翼對接帶板分析

某型飛機的中外翼對接帶板屬于疲勞薄弱部位,為對該部位的疲勞壽命作出合理的估算,需對該部位的應力分布進行準確的計算。利用Abaqus軟件的接觸分析功能對中外翼對接帶板的細節應力進行了計算,給出了有限元的計算結果。

在進行接觸分析時,接觸區域的單元應選擇一階減縮積分單元或選擇二階的C3D10M單元,因此對于分析中重點關心的零件1和零件2的接觸區(包括連接螺栓)選擇的單元類型為C3D8R,其它部位選擇的單元為C3D4,共有單元207531個,其中C3D8R單元有26054個,C3D4單元有181477個。

以上模型中包含100多個接觸對 ,因此對軟件的收斂性和健壯性提出非常高的要求。另外,計算效率也是關心的重點。該模型在P4-3.2G×2CPU,4G內存的計算機上運了12422s,因此Abaqus具有非常高的計算效率。

由于計算的目的是為了摸清疲勞薄弱部位的應力水平,進而能夠合理地估算出薄弱部位的疲勞壽命。中外翼對接帶板的受力形式是單向拉伸的,由于疲勞破壞的形式基本都是拉伸破壞的,因而只關心有限元計算結果中沿受力方向的拉應力。下圖分別給出了外翼帶板和中央翼帶板的拉應力分布情況。從應力的分布圖上可以看出:孔邊的拉應力最大,外翼帶板處的最大拉應力為449MPa,中央翼帶板處的最大拉應力為400MPa。