e-works数字化企业网  »  文章频道  »  产品创新数字化(PLM)  »  CAE

HyperWorks软件在某型机维护舱门收放机构设计中的应用

2017/9/6    来源:互联网    作者:任舜  张引妮      
关键字:仿真  有限元  多体动力学  
本文应用HyperWorks软件,对某型飞机维护舱门在研制阶段进行了有限元及多体动力学仿真,校核了舱门收放机构及周边结构的刚强度,并分析了舱门收放机构的运动机理及受力特性,验证了机构设计及气弹簧选型的合理性,加快了舱门研制进度,提高了舱门设计水平。

    0 引言

    收放机构作为飞机舱门设计的重要组成部分,其设计的优劣将直接影响到舱门的操纵性乃至功能性,甚或对飞机的日常保养及设备通行带来不便,这对保证军机战时快速维修及民机持续适航尤为不利。因此,在某型飞机维护舱门收放机构的设计中,为减少研制风险,避免更改反复,故引入了虚拟仿真技术,通过应用HyperWorks软件中的Hy-perMesh模块建立了收放机构及其周边结构的有限元模型,并应用OptiStruct及MotionView/Mo-tionSolve模块对其结构刚强度及机构原理性进行了校核验证,大大降低了其研制风险及成本,加快了研制进度,同时显著提高了舱门的设计水平。

    1 维护舱门收放机构的设计

    维护舱门关闭状态下,收放机构的安装位置如图1所示,位于门体两侧,此时收放机构基本不承力,而由门体插销承受。

    维护舱门关闭状态下,收放机构的详细模型如图2所示,主要由主摇臂、连杆、扭力管组件、自锁拉杆组件、气弹簧、接头等构件组成,其中主摇臂组件、连杆组件、门体(未显示)与支座铰接形成四杆机构,同时在主摇臂与机框支座间各布置有一组气弹簧,从而在舱门收起时提供助力,在舱门打开时提供缓冲阻尼。另外,在门体与连杆之间连接有一组自锁拉杆,当舱门开启到位后,自锁拉杆会协调运动到触发点而锁死定位,以防止舱门在外界干扰下产生偏摆。

    1

    图1 收放机构安装位置示意图

    2

    图2 收放机构详细模型示意图

    舱门开启状态,收放机构如图3所示。

    3

    图3 舱门开启状态收放机构示意图

    2 计算模型的建立

    2.1 建模方法

    2.1.1 有限元模型的简化

    收放机构有限元模型简化时,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,具体简化原则及方法如下:

    (1)框、梁、长桁、隔板等薄板件采用壳单元

    壳单元是一种能模拟拉、压、剪和弯的二维单元,适合用于薄板件分析。本次建模框、梁、长桁、隔板、蒙皮等采用壳单元(CQUAD4)建模,属性采用PSHELL,其建模流程如图4所示。

    4

    图4 壳单元建模流程

    (2)厚板件及实体机加件采用六面体单元

    实体建模以二维单元为基础,通过二维单元拉伸、旋转等操作实现三维建模,若实体形状较为复杂,则需进行实体切割,剖成mappable可映射的小体,然后用solidmap功能划分六面体网格。本次维护舱门所采用单元为CHEXA,其属性采用PS0L-ID。

    (3)铆钉、螺栓等连接件采用cweld单元

    首先依据CAD图纸中铆钉、螺栓的空间位置坐标编与脚本在HyperMesh|旲型中建立连接点,然后在lD-connectors_spot中建立cweld单元。

    (4)收放机构模型与维护舱门整体模型之间用rbe2单元进行连接。

    2.1.2 多体模型的建立

    多体模型采用CATIA建模,并附之材料属性,然后将所有固联的零组件整合成子装配,并测量每个子装配的质量特性及其之间运动副的连接点坐标,再将其作为MotionView中BODY的参数输入;而模型的外形通过MotionView自身功能将子装配转换成H3D文件,然后在生成Graphic图形时,直接以文件形式将H3D文件导入即可。

    2.2 材料属性

    收放机构采用的材料及其性能见表1所示。

    表1 材料属性

    5

    2.3 载荷工况

    2.3.1 踩踏工况

    维护舱门完全打开后,收放机构应能承受施加在第一级或者第四级台阶中心处沿Y轴负向的3500N载荷。

    2.3.2 随机载荷、突风载荷工况

    维护舱门收放机构要能承受舱门打开后的随机载荷,该载荷以136.08kg向下施加于最下一级台阶中心或以68.08kg沿Z轴施加于侧板最下端;同时,在舱门打开状态下,机构必须能够承受住相当于风速33.436m/s的水平稳定飞行状态载荷,极限设计载荷为限制载荷的1.5倍,其值按下式计算:

    6

    2.3.3 舱门开关工况

    舱门开关过程中机构主要受到摩擦、自重及突风等载荷,风载定义为开关过程中,舱门能够经受住相当于风速20.576m/s的水平稳定飞行状态载荷,根据2.3.2节中极限设计载荷计算公式可得其值为409.605pa,其施加方向同上。

    2.3.4 意外坠落工况

    当两根气弹簧同时失效时(此概率极低),维护舱门打开后将处于自由落体状态,因此收放机构必的设计也应考虑此故障带来的冲击载荷。

    2.4 边界条件

    按照2.3中的四种工况分别进行加载,并约束33框所有节点在X、Y和Z三个方向上的自由度,如图5所示。

    7

    图5 边界约束

责任编辑:张纯子
本文来源于互联网,e-works本着传播知识、有益学习和研究的目的进行的转载,为网友免费提供,并以尽力标明作者与出处,如有著作权人或出版方提出异议,本站将立即删除。如果您对文章转载有任何疑问请告之我们,以便我们及时纠正。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐