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基于HyperWorks的活动窗骨架设计

作者:Simwe    来源:Altair    发布时间:2013-09-26    收藏】 【打印】  复制连接  【 】 我来说两句:(0逛逛论坛

基于HyperWorks的活动窗骨架设计

陈卫卫

中航工业西飞技术中心结构定义室 西安 710089

摘要:本文论述了Altair HyperWorks软件RADIOSS求解器和OptiStruct优化技术在新涡桨飞机活动窗骨架结构设计中的应用。利用RADIOSS求解器对活动窗结构进行鸟撞分析,根据鸟撞分析结果得到鸟体与结构之间的接触力,以此作为结构优化的载荷工况;再利用OptiStruct优化技术对活动窗骨架结构进行结构分析与尺寸优化,使结构重量最轻。

关键词: RADIOSS,OptiStruct,鸟撞分析,尺寸优化,活动窗骨架

0前言

在新涡桨飞机的研制中,活动窗骨架结构处于适航规章要求的鸟撞区域内,因此该结构应进行抗鸟撞设计。本文应用RADIOSS领先的非线性动力求解技术,对新涡桨飞机活动窗骨架结构进行鸟撞分析,通过分析得到计算接触力,然后用接触力和纯气密载荷作为设计载荷进行活动窗结构设计。根据这些载荷工况再采用OptiStruct求解器对活动窗骨架结构进行尺寸优化设计,使结构满足重量、强度、刚度要求,同时提高结构抗鸟撞能力,降低飞机研制风险。

1结构概述

新涡桨飞机两侧活动窗结构作为机组人员的应急出口,活动窗结构位置示意图见图1。活动窗由窗体、玻璃组件及运动机构等组成。窗体选用7050铝合金厚板整体机加,截面形状为加筋的“[”形,玻璃组件选用层合有机玻璃,密封带截面形状选用“双O型”,密封带、玻璃组件及窗体用螺栓直接相连,活动窗结构如图2所示。

 

2鸟体模型和活动窗结构模型

2.1鸟体模型

目前,采用耦合法进行鸟撞分析时,可选取鸟体模型包括Lagrange模型,Euler模型,ALE模型和SPH模型四种。本文采用SPH模型,SPH是一种无网格算法,是把物理流场用一定速度的集中质量点来描述,每个质量点作为该流场的插值点,问题的解通过这些质点的规则插值函数来得到,守恒方程用质点内力来表达,可以直观的模拟鸟体的抛洒现象。这种鸟体模型适宜处理大变形和大位移问题,且十分容易模拟由多种材料组分(如血、肉、骨骼等)构成的鸟体,且数值模拟计算特别稳定。

鸟体的形状选择两端为圆球的圆柱体,如图3所示,SPH鸟体粒子模型如图4所示,共计10564个节点,重量为1.8Kg。鸟体的圆柱体直径D由公式(1)来确定。

式中:D为圆柱体直径;
m为理想鸟的质量;
ρ为理想鸟体材料的平均密度。

采用RADIOSS粘性流体材料(hydrodynamics viscous fluid material)/MAT/LAW6模拟流体和气体,鸟体本构关系如下:

2.2活动窗结构有限元模型

根据活动窗结构设计方案建立有限元细节模型,进行鸟撞分析时所有结构件均采用六面体单元,用弹簧单元和固连接触方法模拟结构螺钉连接,弹簧单元一端与压板建立固连接触,另外一端与活动窗骨架建立固连接触关系,由于透明件采用压板式连接,给连接单元处施加2780N初始螺栓预紧力。模型共计99760个节点,73592个单元,有限元模型见图5。

图5  活动窗结构鸟撞分析有限元模型示意图

 
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