曲面貨艙結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

王盼樂

【摘 要】民用飛機(jī)貨艙內(nèi)飾結(jié)構(gòu)有多種不同形態(tài)，為了更大的利用飛機(jī)內(nèi)部空間，貨艙結(jié)構(gòu)可采用曲面結(jié)構(gòu)，本文對此種曲面貨艙結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，并與試驗結(jié)果進(jìn)行對比，得出現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計是否安全，同時為后續(xù)貨艙結(jié)構(gòu)的更改提供參考。

【關(guān)鍵詞】貨艙；曲面結(jié)構(gòu)；設(shè)計

0 前言

民用飛機(jī)貨艙內(nèi)飾的設(shè)計需通過靜強(qiáng)度試驗來驗證對CCAR25.787（a）條款的符合性，并測量貨艙內(nèi)飾在限制載荷試驗下的變形量，用于貨艙安全性分析。同時，飛機(jī)在應(yīng)急著陸情況下，應(yīng)保證貨物的移動不得損壞貨艙周圍重要的系統(tǒng)設(shè)備及管路，以防產(chǎn)生火災(zāi)或爆炸影響應(yīng)急撤離，所以需要測定貨艙內(nèi)飾在承受CCAR25.561（b）規(guī)定的應(yīng)急著陸載荷情況下的破損情況，用于貨艙安全性分析。

本文主要針對貨艙內(nèi)飾結(jié)構(gòu)中曲面貨艙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并與試驗結(jié)果進(jìn)行對比，為后續(xù)結(jié)構(gòu)的驗證及改進(jìn)提供參考。

1 曲面貨艙結(jié)構(gòu)

曲面貨艙的結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中曲面部分為柔性內(nèi)飾結(jié)構(gòu)，后面結(jié)構(gòu)支撐件，曲面結(jié)構(gòu)能增大貨艙空間，增加貨艙的利用率。

2 有限元模型建立

曲面貨艙結(jié)構(gòu)的有限元模型如圖2所示，其中在四根橫梁兩端進(jìn)行固支，面板與結(jié)構(gòu)鉚接，緊固件通過有限元軟件中的cweld進(jìn)行模擬，考慮的工況有：1）氣密載荷極限載荷329kg；2）慣性載荷極限載荷1377kg。載荷在曲面柔性結(jié)構(gòu)上均勻分布。

3 曲面貨艙分析及試驗結(jié)果

3.1 氣密載荷極限載荷作用

曲面貨艙結(jié)構(gòu)的變形及應(yīng)力分布如圖3所示。其最大變形為2.58mm，最大應(yīng)力為157.7MPa，柔性材料后的支撐角片應(yīng)力為73MPa。

3.2 慣性載荷極限載荷作用

曲面貨艙結(jié)構(gòu)的變形及應(yīng)力分布如圖4所示。其最大變形為7.08mm，最大應(yīng)力為499.1MPa，柔性材料后的支撐角片應(yīng)力為292MPa。

3.3 曲面貨艙試驗結(jié)果

曲面貨艙地板試驗如圖5所示，利用沙袋模擬均勻的氣密載荷逐漸加載，并測量柔性內(nèi)飾板的變形，觀察周圍支撐結(jié)構(gòu)是否有裂紋或緊固件是否斷裂。試驗結(jié)果與有限元分析結(jié)果見表1。

通過表1可以看出，有限元分析結(jié)果與試驗結(jié)果基本一致。

4 結(jié)論

本文通過對曲面貨艙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并對比試驗結(jié)果，表明現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計安全，同時有限元分析結(jié)果與試驗結(jié)果一致，為后續(xù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計更改提供參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]牛春勻.實用飛機(jī)結(jié)構(gòu)工程設(shè)計[M].北京：航空工業(yè)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.

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

[責(zé)任編輯：楊玉潔]