基于大變形分析的民機貨艙內飾結構設計

張曉剛　霍穎

【摘 要】飛機內飾結構是比較特殊的一類的結構，其與機體主承力結構在選材、設計及分析手段上均有較大區別。本文通過對典型貨艙內飾結構的有限元分析及與試驗結果進行對比分析，驗證了基于有限元分析的大變形分析方法在民用飛機貨艙結構設計中的可行性。

【關鍵詞】內飾結構；大變形；有限元分析

0 引言

民用飛機貨艙內飾結構設計因其在飛機內部而受到忽視，其材料的選用也往往不同于飛機機體結構的選材，而適航條款對貨艙內飾結構的承載能力也有具體要求，如CCAR25.787（a）和CCAR25.651（c）條款。本文基于以上考慮，以abaqus非線性分析為基礎，分析計算了貨艙內飾結構在大變形下的變形以及承載能力，通過試驗對比，驗證現有內飾結構承載能力，同時也對結構大變形分析方法進行了驗證，為后續內飾薄壁結構結構設計分析提供了參考。

1 貨艙頂部結構

為了減輕重量，貨艙內飾結構一般選用超薄耐火性材料，內飾頂部板結果如圖1所示（圖中黃色面板為內飾板）。

2 有限元模型

建立貨艙內飾典型結構有限元模型，模型如圖2所示。

模型大小與試驗件大小一致，四周用鉚釘連接，中間兩根橫梁兩端固支，頂部板與橫梁之間設置變形后接觸。其余與模型一致。

3 有限元分析結果

計算以下四種貨艙內飾結構受載情況，全面考核內飾結構的承載能力，主要的情況有：

3.1 頂部板中間200×200mm內加載30kg時計算結果，最大變形為16.39mm，最大應力91.72MPa，如圖3所示

3.2 頂部板中間200×200mm內加載70kg時計算結果，最大變形21.38mm，最大應力146.8MPa，如圖4所示

3.3 頂部板加載均布載荷180kg（相當于0.298Psi）時計算結果，最大變形為7.447mm，最大應力為42.9MPa，如圖5所示

3.4 頂部板加載均布載荷大于270kg（相當于0.46Psi）時計算結果，最大變形13.29mm，最大應力85.91MPa，如圖6所示

3.5 試驗結果與分析結果對比

試驗結果與有限元分析結果對比如表1所示：

有限元計算結果能與試驗結果較好吻合，尤其是在均布情況下，計算結果與試驗結果一張。從變形和應力分布情況來，與試驗現場觀察一致。

4 結論

本文通過基于大變形的有限元分析手段，對典型民用飛機貨艙內飾結構進行有限分析，驗證了有限元在此種特殊結構上分析上的可行性，為后續結構的選型及設計提供分析基礎。

【參考文獻】

[1]牛春勻.實用飛機結構工程設計[M].北京：航空工業出版社，2008.

[2]Santare MH， Lambros J. Use of Graded Finite Elements to Model the Behavior of Nonhomogeneous Materials[J].Journal of Applied Mechanics，2000，67：819-822.

[3]Kim JH，Paulino GH. Isoparametric graded finite elements for nonhomogeneous ieotropic and orthotropic materials[J]. Journal of Applied Mechanics，2002，69：502-514.

[責任編輯：湯靜]