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2013-08-07 by:廣州Ansys應用推廣中心 來源:仿真在線
ANSYS在無人飛機主翼梁的分析
主翼梁是無人飛機機翼結構的主要承力元件,承受飛行過程中的大部分升力和過載。翼梁由上、下凸緣和腹板組成,通常在根部與機身固接,在凸緣上和蒙皮相連接。墻也叫做腹板,沒有凸緣或只有很弱的凸緣。圖1是典型翼梁構造。
典型的翼梁傳力途徑:直接作用于翼梁的氣動力;從機翼傳到翼肋上的氣動載荷以剪流形式傳給翼梁腹板和蒙皮,翼肋引起梁的彎矩通過腹板以軸向剪流的形式傳給翼梁的上、下凸緣和腹板。
由于主翼梁為飛機機翼結構的主要承力元件,試飛前必須對翼梁進行強度計算。主要從以下兩方面:
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1)計算整根翼梁在受載荷情況下的應力和應變分布
2)校核梁接頭、螺栓孔等關鍵部位的強度
載荷與約束
主翼梁螺栓孔受剛性螺栓約束;作用在機翼、尾翼等升力面上的空氣動力是機翼的主要外載荷,它是一種不均勻分布的空氣壓力,而這種分布是由于翼剖面的迎角和翼型的彎度所引起,典型機翼升力沿翼展方向的升力分布如圖2。
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主翼梁分析模型
在對主翼梁進行分析前,首先要確定單元類型、分析方法和以及由此要進行網格劃分的特殊處理和載荷模擬。
根據模型的結構特點:單一材料,整體部件,對整個實體選用了SOLID185號實體單元。
翼梁作為一個單一勻質材料的整體部件,分析對其進行整體網格劃分,并對可能的應力集中處做了網格細化,如圖3。在經過幾次線性分析過程中,結果中翼梁局部都出現了應力屈服,為獲得更加真實的模擬結果,在隨后的分析中,采用了ANSYS軟件提供的非線性塑性分析方法。
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作用在翼梁上的壓力是一個近似拋物線氣動載荷,在加載時要考慮加載方式。由于是從其他CAD軟件中導入的幾何模型,所以要對上凸緣進行處理,以利于加載。氣動載荷不是均勻或斜坡載荷,加載時要用到APDL編程。編程時還是用離散數據近似模擬真實數據,面離散越小,越接近實際工況。
主翼梁螺栓孔受剛性螺栓約束,在模擬時,要區別對待螺栓孔的不同內表面,這樣和真實的約束相符。
設置分析參數后求解,結果如圖4、圖5。
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應力分布與強度校核
1.應力強度校核
從圖4和圖5所示的等效應力計算結果可知,模型的應力集中處出現在螺栓孔和翼梁中部各連接筋處;另外,翼梁根部應力分布在材料彈性區內。
2.塑性應變分析
從圖6和圖7所示的等效塑性應變計算結果可以看出,在螺栓孔處,由于拉應力產生了輕微的屈服,在各連接筋處由于應力集中產生的塑性變形尤為嚴重。
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3.局部改進方案
根據以上計算結果,將模型進行了局部更改:加寬了翼梁中部八根連接筋的尺寸,再進行同樣載荷的靜強度計算。
改進后的有限元模型如圖8所示,關鍵部位的應力分布如圖9和圖10所示。
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