典型機(jī)翼結(jié)構(gòu)建模與有限元分析

郭俊毫

(中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所 民機(jī)全機(jī)靜力/疲勞強(qiáng)度研究室，陜西 西安 710065)

1 引 言

航空結(jié)構(gòu)大多數(shù)是復(fù)雜的組合結(jié)構(gòu)，例如，機(jī)身、機(jī)翼和起落架都是由成千上萬(wàn)個(gè)零件組成，力學(xué)特性復(fù)雜。如果用經(jīng)典的工程分析方法對(duì)某一結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、耗費(fèi)資源多，并且分析具有局部性。機(jī)翼是飛機(jī)上的重要部件，其主要作用是產(chǎn)生升力，可以布置油箱、掛載武器等。機(jī)翼在構(gòu)造上主要包括蒙皮和骨架結(jié)構(gòu)[1，2]。本文提供一種機(jī)翼建模及有限元分析方法，分析結(jié)果可為機(jī)翼優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

2 機(jī)翼有限元建模

2.1 機(jī)翼外形建模

機(jī)翼建模首先要確定機(jī)翼的截面和整體規(guī)格。機(jī)翼剖面選擇NACA 63-412。機(jī)翼的外形輪廓為后掠翼，前側(cè)后掠角28°，后側(cè)后掠角16°，翼展長(zhǎng)度5m，如圖1和圖2所示。機(jī)翼選擇雙梁?jiǎn)螇K式機(jī)翼，結(jié)合該型機(jī)翼的特點(diǎn)，布置前后2個(gè)梁，2個(gè)側(cè)邊加強(qiáng)肋，1個(gè)根肋，10個(gè)普通肋。

圖1 機(jī)翼的輪廓尺寸

圖2 機(jī)翼內(nèi)部結(jié)構(gòu)布置

機(jī)翼有限元模型建模有兩種方法。一種是在三維設(shè)計(jì)軟件中建立機(jī)翼的形狀，并進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)?？紤]機(jī)翼長(zhǎng)桁較多，梁、加強(qiáng)肋有緣條，在三維軟件中建模時(shí)需畫出緣條截面形狀。三維實(shí)體進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，容易出現(xiàn)網(wǎng)格劃分不均勻現(xiàn)象。另一種為混合建模，在三維軟件中采用殼的形式建立機(jī)翼三維模型，將模型導(dǎo)入有限元分析軟件，借助有限元分析模塊，為蒙皮添加長(zhǎng)桁，為梁、加強(qiáng)肋添加緣條。

2.2 材料設(shè)置

通過(guò)查閱資料[3]可知，航空結(jié)構(gòu)中最常用的是高強(qiáng)鋁合金、鎂合金、鈦合金和鋼等材料，而鋁合金具有比合金鋼更高的比強(qiáng)度和比剛度，疲勞強(qiáng)度好，工藝性能好，在飛機(jī)各部件中均有應(yīng)用。……