有限元分析在民用航空器安全帶鎖扣減重設計中的應用

(山東翔宇航空技術服務有限責任公司 山東 濟南 250107)

航空器安全帶屬于25g安全帶，拉斷強度大于一般地面設備使用的16g安全帶，無法同16g安全帶一樣，整體使用鋁合金進行減重，而是需要對每一個受力結構件進行分析。

鎖扣主要零件有銷軸、主體、扣板、扭簧、摩擦柱、卡扣，摩擦柱和扣板所受應力較小，可直接使用6061-T6材料進行減重優化，扭簧為彈性元件，無法優化，可進行優化的零件有主體、銷軸和卡扣，本文僅對主體進行分析。

一、鎖扣主體受力分析

鎖扣主體固定于銷軸上，銷軸孔壁前半側與銷軸接觸，為固定面，摩擦柱固定于主體后方長孔內，拉緊狀態下長孔后內壁最大承受13600N的壓力。受力情況見圖1。

圖1 鎖扣主體受力示意圖

二、靜態模擬分析

Solidworks軟件提供了三種網格參數設置，鎖扣主體使用曲率網格化，最大網格1.0mm，最小網格0.2mm，園中最小單元數8，單元大小增長比例1.6，網格劃分后共有192089個節，124741個單元，網格劃分如圖2所示。

圖2 鎖扣主體網格化模型

安全模擬分析使用了抗拉強度730Mpa的4130合金鋼(見圖3)，抗拉強度570Mpa的7075-T6鋁合金(件圖4)，抗拉強度310Mpa的6061-T6鋁合金(件圖5)。

圖3 4130合金鋼抗拉安全系數(S=1)分析圖

圖4 7075-T6鋁合金抗拉安全系數(S=1)分析圖

圖5 6061-T6鋁合金抗拉安全系數(S=1)分析圖

6061-T6材質的鎖扣側面大部分區域安全系數無法達到1.0，抗拉強度肯定無法滿足設計要求；4130合金鋼材質的鎖扣側面幾乎全部區域安全系數達到了1.0，抗拉強度遠超設計要求，存在優化空間；7075-T6材質的鎖扣，側面小部分區域安全系數無法達到1.0，但此區域并未延伸至邊沿，仿真結果認為在13600N的拉力下不會被拉斷。因此鎖扣主體，可使用7075-T6鋁合金進行減重優化設計。

三、結論

本文使用有限元分析的方法，對安全帶鎖扣結構件進行不同材質的安全性分析，方便、經濟的實現了減重優化設計，且仿真結果與實際試驗契合度較高。