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某型机登机门密封带分析

作者:Simwe    来源:Altair    发布时间:2013-08-07    收藏】 【打印】  复制连接  【 】 我来说两句:(0逛逛论坛

 

某型机登机门密封带分析

王卯升   朱岩   郭琦

西安飞机工业集团有限责任公司     陕西西安    710089

摘要:本文以登机门密封带的分析为例,介绍了Radioss软件的功能和应用方法。仿真结果真实再现了密封带实际的受力变形密封形式,暴露了密封细节问题,并对改进后的密封效果进行了验证。

关键词:密封带 Radioss 登机门 非线性

1 概述

某型机门梯合一登机门首次在国内民机成功研制使用,在登机门设计中,密封是设计的难点和重点。登机门密封带采用“P”型截面,上下部位密封形式采用压密封,两侧部位采用挤密封,四角处采用圆滑过渡形式。实际飞机生产制造过程中,发现四角处密封效果较差,需要多次调试密封带才能避免漏气现象。

密封带分析包括三个过程,第一步是密封带压条通过螺栓预紧将密封带压紧在门体上,第二步是关闭舱门过程将密封带压紧在门框上,第三步是密封带内部和外部冲压模拟充气过程。

该分析是一项强非线性问题,包括密封带超弹性材料的材料非线性、密封带大变形的几何非线性和接触非线性问题;密封带的截面尺寸和长度尺寸相比较小,由于其大变形需要对截面的网格划分较密,这样导致整个模型的网格数量较大和最小单元尺寸较小。采用Radioss软件求解该问题,真实再现了密封带实际的受力变形密封形式,暴露了密封细节问题。通过改进,验证了结构改进的良好密封性能。

2 模型的建立

2.1密封结构概述

登机门密封设计结构见图1所示,门框结构与飞机机身固接,密封带被密封带压条压紧在门体结构上。登机门关闭时,门体靠紧在门框上,两者之间通过密封带进行密封。

密封带装配示意图见图2所示,密封带压条通过预紧螺栓将密封带压紧在门体上。密封带边界超出门体边界一定距离,实现密封带与门框的初始干涉量。密封带主要由橡胶层和纤维层组成。纤维层使得密封带表面摩擦较小,并保证关闭登机门时不夹带。

2.2 有限元建模

2.2.1 网格设计及材料属性

密封带和密封带压条离散为六面体单元;门体和门框结构以及纤维布层离散为壳单元;连接单元采用弹簧单元模拟。

密封带橡胶材料特点:

(1)能承受大弹性(可恢复)变形;

(2)体积几乎不可压缩;由于分子链的拉直引起变形,所以在外加应力作用下,体积变化很小。

(3)ε-δ曲线高度非线性。

根据Radioss对超弹性材料的定义,对密封带材料进行如下假设:

(1)材料响应是各向同性、等温和弹性的;

(2)所有的橡胶类材料具有非常小的压缩性,假设完全不可压缩通常是非常好的近似。因此,这里假定材料是完全不可压缩的。

Radioss提供多种超弹性材料模型 ,本分析中选用Law69中M-R模型 ,其表达式为:

ε-δ曲线数据来自压缩试验(见图3 )。

建立好的模型单元、材料及属性见表1。 

2.2.2 接触对的建立

根据仿真接触工况,共需建立4组接触对,包括密封带压条与密封带的接触、三维单元与二位单元的接触、二位单元与三维单元的接触、二维单元之间的自接触。接触采用TYPE7点面接触,其原理如图4所示,其中:

密封带受气密载荷时,内部完全受到气密载荷作用,外部分为气密区和非气密区,两者之间的分阶称为气密线。气密线是由密封带与周围结构接触情况来决定的。图5为密封带气密区和非气密区示意图。

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2.2.3 仿真工况建立

\密封带分析包括三个过程工况,第一步是密封带压条通过螺栓预紧将密封带压紧在门体上(0~0.0008s),第二步是关闭舱门过程将密封带压紧在门框上(0.001s~0.01s),第三步是密封带内部和外部冲压模拟充气过程(0.01s~0.02s)。

三个过程所需曲线见图6,其中,红色曲线是预紧螺栓的预紧压力曲线,蓝色曲线是门框反向运动曲线,粉色曲线是气密加载曲线。

3 工况仿真

3.1密封带预紧工况分析

预紧工况过程中,密封带压条通过螺栓将密封带预紧压紧在门体上。图7是门体受到密封带压条的接触力值云图,图8是密封带位移云图。

3.2密封带关闭舱门工况分析

密封带分析第二步是关闭舱门工况,门框反向运动压紧在密封带上。图9是需要观察的部位及其编号。密封带挤压工况过程中,由图10可以看出,部位A、B、C、D处于直线段,部位A、C受到门框结构的压作用,部位B、D受密封钢条的挤作用,此4处变形形式良好。

由图11可以看出,部位E、F、G、H处于四角圆弧段,部位E、F在挤压接触过渡段与门框结构接触干涉量几乎为零,几乎没有产生受挤压变形。部位G、H处密封带产生褶皱变形,初步分析得到,产生褶皱变形是因为密封带干涉量较大且不均匀。

综合以上变形结果,可得出部位A、B、C、D处接触变形良好,部位E、F干涉量不够,部位G和H处干涉量较大且不均匀,产生褶皱变形。

3.3 密封带关闭舱门工况分析

密封带分析第三步是充气工况,在密封带内外表面气密线之内施加使用载荷0.033MPa。图12是密封带在充气工况下的变形。各个截面的变形见图13、图14。密封带充气工况过程中,由图13可以看出,部位A、B、C、D处于直线段,部位A受到内外气压作用向上变形,变形量较大,但与门框结构接触良好,部位B、C、D受到内外气压作用向门框结构靠紧,接触良好。由图14可以看出,部位E、F、G、H处于四角圆弧段,部位E、F在挤压接触过渡段与门框结构接触力值(动画中箭头所示为接触力)几乎为零。部位G、H处的褶皱变形没有因为受到气压作用而消失。

综合以上,可得出部位A、B、C、D处气密性能良好,部位E、F、G、H气密性能较差。

综合以上仿真及分析,可看出仿真结果与实际飞机状况一致,即四角处气密性较差。密封带上部E、F两处是由于干涉量不足导致气密性较差,下部G、H两处是由于干涉量太大且不均匀导致密封带产生褶皱现象,进而导致气密性较差。

4 结构优化改进

对上部E、F两处的结构零件外形进行改进,以加大与密封带的干涉量;对下部G、H两处的结构零件外形进行改进,以减少与密封带的干涉量并使得干涉量均匀。

将改进后的结构模型进行仿真,结果见图15,部位E、F圆弧过度段均产生了接触力值(动画中箭头所示),表明密封带接触良好;部位G、H处没有褶皱,表明密封带接触变形良好。

5总结

针对MA600型飞机门梯合一式登机门漏气现象进行仿真,首先建立了复杂的分析模型,通过三个完整工况的持续仿真,得到了登机门密封结构的实际变形形式,对密封结构的各个部位进行深入分析,最终确定了漏气现象的根本原因,打破了“干涉量越多,密封性能越好”的传统观念。经过改进,验证了仿真和分析的正确性。

本分析模型结构复杂,包括强非线性问题,模型的规模较大,最小单元尺寸较小;仿真工况复杂。应用Radioss求解器对此模型进行求解计算,发现Radioss求解器无论是在计算效率还是计算精确度方面都相当卓越。

Analysis of Passenger Door Seal Band

Wang Maosheng     Zhu Yan     Guo Qi

Abstract:This paper made the passenger door seal band analysis as an example, introduced the Radioss software function and the application method. The simulation results reproduced the sealing with actual stress and deformation, exposed sealing details problems. The improved sealing effect is verified.

Keywords:Seal  Radioss  Passenger Door  Nonlinear

 

 

 
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