某型飞机前服务门强度刚度分析与结构改进

郭 琦   任 舜
中航工业西安飞机工业(集团)公司   陕西西安   710089

摘要：以某型飞机前服务门为研究对象，采用HyperMesh软件建立有限元模型，通过对其在极限气密载荷下强度刚度的分析，得到前服务门的应力和变形的分布情况。以此确定前服务门门体与门框刚度匹配的实际情况，找出前服务门密封性能不佳的原因，并提出和验证解决此问题的结构改进方案。

关键词：HyperMesh，强度刚度，有限元仿真，刚度匹配

某型飞机前服务门为半堵塞外开式舱门，主要用于装载飞机上的生活设施和乘客物品，并可兼做Ⅰ型应急出口使用。其结构承受飞机的气密载荷，保证飞机的气密性和水密性。因而其密封性能至关重要。然而在飞机装配生产和外场飞行时，前服务门密封性能不佳一直是困扰着设计部门的一项难题，如何才能提高舱门的密封性能，这就需要找出舱门密封性能不佳的原因，并针对原因提出解决方案。

本文使用虚拟仿真领域用户认可程度比较高的Altair公司的HyperMesh软件建立某型飞机前服务门的有限元模型，使用RADIOSS对前服务门的强度刚度进行分析，并根据计算结果确定门体与门框的刚度不匹配是造成舱门密封性能不佳的原因，最终为工程师提供解决舱门漏气的理论方案。

1、前服务门结构概述

前服务门结构主要由门体、门框和运动机构等组成。门体结构由纵梁、加强框、沿蒙皮周围一圈的外加强框以及蒙皮等组成。门框主要由蒙皮、垫板、长桁、框、上下纵梁、连接角盒、角片和挡块等组成。前服务门在关闭状态下，门体与门框通过运动机构、挡块和接头连接，前服务门结构如图1所示。

2、有限元建模

前服务门有限元模型建模时，主要考虑了门结构的受力特点及刚度特性，模型取自CATIA三维数模及二维图纸。

2.1、有限元网格

将CATIA数模直接导入到HyperMesh中进行有限元网格的划分。其中蒙皮、垫板、长桁、框、梁、连接角盒和角片等薄壁零件离散为壳单元，接头和厚板件等零件采用六面体单元，铆钉和较小螺栓连接采用一维焊点单元（CWELD）。此外，在建立网格模型过程中，为了较为真实地模拟门体与门框间的传力过程，挡块与接头之间采用接触（CONTACT）方式建立10对接触面，同时释放门体加载方向上的自由度，约束其它自由度。

完成后的前服务门网格模型如图2所示，共264315个单元、295890个节点。

2.2、材料和属性

前服务门结构采用七种材料，材料具体参数如表1所示。