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参数优化在飞机结构设计中的应用

2017/1/11    来源:互联网    作者:宴名生  冯军      
关键字:结构设计  参数优化  
某运输机的货桥为了减重需要,对其进行了参数优化设计,从最初的 1400kg减为最后的1200kg,减重效果非常明显。本次优化设计采用了 LMS Virtual LAB软件的结构分析功能进行结构分析,运用其优化模块进行了参数优化,得到了一组合理的参数组合,指导了结构设计工作。

1 前言

    飞机结构如人体的骨架,所有系统实现其功能都离不开这个载体。结构设计的好坏直接影响飞机的寿命、空机重量、和有效载重。一组合理的参数组合能最大限度地减少结构重量,这是飞机结构设计最重要的目标。飞机系统对有些部位的结构变形要求并不严格,但是要求有足够的强度;有些部位需要控制其变形,要有足够的刚度,结构设计时不但要保证足够的强度,还必须控制其受力后的变形。

    飞机设计人员一般采用CATIA软件完成结构设计工作,结构参数一般按照经验给定,结构分析工作交给强度计算人员进行,这样会导致设计过程脱节。实际上,设计计算是飞机结构设计过程中非常重要的一环,有了设计计算,结构参数就有了科学依据,用强度分析结果指导结构设计,使结构设计工作更具科学性。结构分析优化软件-LMS virtual lab软件将CATIA融合在自己环境中,其界面和CATIA相似。CATIA的文件数据与LMS virtual lab软件完全共享,可以在CATIA中完成CAD设计和有限元网格划分,进入LMS virtual lab的结构分析模块进行加载计算,进入优化模块进行参数优化,设计-分析-优化,这一系列的过程可以在一个软件环境中完成。结构人员掌握了此软件的工程化应用,可以方便地在设计全过程中进行结构分析及优化计算,保证强度校核之前就是一个基本合理的设计。

    本文简述某型飞机货桥设计分析及简单的参数优化过程,供其他结构设计人员参考。

2 结构简介

    某运输机的货桥(见图1),主要结构件有面板、蒙皮、横梁、纵梁、前后端框、左右边梁等组成。该货桥需要满足以下要求:

    (a) 飞机正常飞行情况下能承受较大气密载荷,气密线在外蒙皮上。

    (b) 飞机停放状态,能保证高吨位货物辎重通过。

    (c) 飞行状态能够一次空投一定重量的货物。

    (d) 飞行状态,货桥上能够停放一定吨位货物。

图1 货桥结构示意图

图1 货桥结构示意图

3 结构分析

    3.1 受力分析

    (a) 气密载荷工况下:舱内增压产生的气密载荷按蒙皮法线方向垂直作用于货桥结构的外蒙皮上。通过外蒙皮上与纵横梁连接铆钉的剪切作用传给纵横骨架和边框上,最后通过前端框上的铰链支臂和连接在左右边框上的锁机构传给机身。外蒙皮和上面板承受张力,梁承受剪力和弯距。

    (b) 高吨位货物辎重通过时:货物辎重的质量载荷均布于其接触区域,纵横梁承受剪力和弯矩。这种工况属于危险工况。

    3.2 有限元计算模型

    根据以上分析情况,简化结果如下:外蒙皮和上璧板简化为弯曲板单元、所有缘条简化为杆单元、梁腹板简化为剪力板元。有限元模型见图2。

图2 某货桥有限元模型

图2 某货桥有限元模型

责任编辑:马倩
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