B737飛機主起落架側撐桿的有限元分析

朱賀 李希揚 強勛

摘要：本文選擇對B737飛機主起落架的側撐桿進行研究，首先在對側撐桿進行建模的時候選擇Solidworks軟件建立了適合于有限元分析的簡化模型，將此模型導入ANSYS軟件中，收集相應的真實工況數據，進行有限元分析。

關鍵詞：B737；起落架；側撐桿；有限元分析

隨著當代大型飛機結構尺寸越來越大，起飛重量也隨之增加，這使得大飛機起落架與中小型飛機起落架相比在結構柔性、地面載荷、結構布局形式、緩沖性能、疲勞壽命、可靠性、維修性、保障性、減重、降噪和操縱方式等方面都有自身鮮明的特點。

作為飛機系統一部分的飛機起落架系統，就像飛機的“腳”一樣，是飛機不可或缺的部分，它的正常工作與否對飛機的安全不容忽視。對民用飛機而言，起落架系統故障主要會導致航班延誤、取消等影響正點率、飛機著陸沖出跑道和飛機中斷起飛等事件，更嚴重的可能會危及飛行安全。

根據不完全統計，最近幾十年來，民航飛機發生了上千起事故，在這些事故中，由于起落架的原因而導致飛機事故的次數就占了百分之三十以上，具體原因主要是結構上的破壞和疲勞斷裂等。所以，對飛機起落架進行強度分析就顯得尤為重要，這樣不僅可以使起落架強度提高，還使得起落架受力更加合理。

1 側撐桿模型的建立

在有限元建模階段，需要對實際研究對象進行合理的簡化處理，這里的合理性條件包括：如實的反映結構的幾何形狀，正確的定義各部件的材料屬性，滿足傳力關系與邊界條件。在有限元分析中需要弄清楚有研究的的重點是什么，哪些地方可以弱化。簡化處理中，要注意許多細節：對于幾何形狀的簡化，需要分清哪些局部地方的形狀可以不用考慮，最好避免出現過于不規則的幾何形狀；其次對物理模型受到的真實載荷進行簡化處理，既要能夠模擬真實受力，也要便于后續載荷的施加，分清哪些可以看成是集中載荷，哪些必須使用分布載荷；對于結構的約束如何模擬，需要根據實際情況確定是采用固定約束，還是只約束某些自由度；對于結構的材料需要考慮選取什么樣的材料模型進行模擬；另外需要根據單元理論選擇可以描述結構的特性的單元，是選用梁、板還是殼單元，或是其它單元。有限元建立的模型要便于后續單元劃分，才能建立理想的有限元模型。解決以上這些問題后，也就完成了有限元建模過程。

根據真實測得的B737側撐桿的尺寸數據，在solidworks軟件中建立上側桿、下側桿和連接件的三維模型并裝配在一起，可以得到如圖1所示的側撐桿整體的三維模型。

2 有限元分析

將側撐桿模型導入ANSYS中，設置材料屬性，各部分采用的選擇的材料都是一樣的，為Titanium Alloy，楊氏模量（9.6E+10Pa），泊松比（0.36），密度（4620Kg/m∧3）。

在飛機準備降落的時候，起落架從起落架艙中伸出，此時側撐桿上下兩部分是呈一條直線的，在飛機著陸過程中上部側撐桿受力最大的部分是上下三個耳片和連接在一起的部分。側撐桿在現實中受力是非線性的，而在本文中對側撐桿的研究是在靜力情況下，所以這種情況下就得采用起落架在著陸時的極限情況，比如重著陸，在這個前提下所得出的結果是側撐桿所能受的最大的應力。在查閱資料之后得出B737飛機極限著陸所能承受的力為506758N，估算飛機輪胎接地面積大概為120000mm2，根據壓強計算公式P=F/S所計算，在本次研究中對側撐桿受力最大的三個部分施加的壓力為6MPa，在這個載荷下得到的應力應變云圖如圖所示。

3 結論

在應力圖中我們可以很明顯的看到側撐桿上下兩部分的三個耳片已經明顯變形，而且圖中已經標示出了受力極限和受力最小的部位，三個耳片能承受的最大的壓力為16.402MPa。在這個極限壓力下我們可以得到應變云圖如圖3所示，從圖中左側數據可以看出耳片上變形的部位的位移量為000019796mm/mm。

當前設計的B737飛機主起落架側撐桿的結構，在降落時的極限工況下能保證起落架結構的安全。

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基金項目：中國民用航空飛行學院青年科研基金（Q2016112）

作者簡介：朱賀（1991），男，漢族，河南周口人，碩士，助教，研究方向：飛行器制造。