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。

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。

3 货舱门结构分析及优化

通过货舱门、门框初始设计有限元分析，对结构初始设计的强度、刚度进行摸底，找出初始设计的薄弱位置和强度富裕位置。对薄弱位置进行结构改进，对强度富裕的结构进行优化减重，使舱门在满足设计要求的同时重量最轻。