机翼结构重量预测的多学科分析优化方法

为了克服现有机翼结构重量计算方法的局限性,提出一种基于多学科分析优化的机翼结构重量计算方法。以客机机翼为例,阐述整个计算流程。计算流程的关键步骤包括机翼外形和结构参数化建模、气动分析模型自动生成与外形优化、结构有限元模型的自动生成和结构优化。应用CAD软件CATIA的二次开发方法,实现机翼外形几何模型、结构布置几何模型和气动分析模型的自动生成;应用MSC.Patran的PCL编程技术,实现结构有限元模型的自动生成;应用等效刚度和等效强度方法,提高结构有限元模型自动生成的稳健性,缩短结构分析和优化的计算时间;应用多学科集成和优化技术,建立机翼结构重量预测的计算平台,实现整个计算过程的自动化。算例表明这种方法稳健、有效,可快速地分析机翼外形参数与结构重量之间的关系,分析不同展向载荷分布和不同选材方案对机翼结构重量的影响。     

某机身壁板结构环向裂纹扩展分析与试验对比

对于机身加筋壁板结构,获取较为准确的应力强度因子是进行裂纹扩展分析的基础,其核心工作是计算结构的几何因子。本文结合T.Swift提出的机身加筋壁板结构几何因子计算方法,编制了相关分析工具,计算获得某机身壁板结构环向裂纹几何因子,将计算结果与采用有限元法计算获得的几何因子进行对比。最后,将几何因子输入Nasgro软件进行裂纹扩展寿命分析,与试验结果进行对比,吻合较好。该方法计算效率高,可节省大量计算时间,具有较强的工程应用价值。     

某型民用运输机主起落架连接区结构静力试验

飞机静力试验是飞机试验的重要内容之一,是验证飞机结构强度和静力分析正确性的重要手段。为验证某型民用运输机主起落架连接区结构满足静强度要求,以及有限元计算分析的正确性,在静力试验飞机上进行了主起落架连接区结构静力试验。通过全机有限元模型和细节有限元模型分析计算,进行加载、应力\应变、位移试验数据与有限元计算值的分析对比,计算值与试验数据符合较好。     

钝体外形气动加热与结构传热一体化数值模拟

为了提高气动加热与热防护结构传热多物理场数值模拟的稳态计算效率与计算精度,发展了一种基于有限体积法的气动加热与结构传热一体化数值计算方法。该方法将高速流场与结构温度场统一到同一物理场,基于统一的控制方程组,采用基于LU-SGS隐式时间迭代和自适应时间步长的有限体积方法进行求解,避开了传统气动加热与结构传热耦合求解方法在时间域内的所需繁琐数据交替迭代策略。对二维/三维钝体进行一体化数值计算分析,计算结果表明:二维钝体非稳态下,得到2s时圆管驻点温度最高达到390.2K,驻点热流密度和结构温度与参考文献和实验值吻合较好,证明了方法的可靠性和可行性。同时分析了三维钝体应用算例的流-固-热稳态计算特征,计算得到稳态时钝头体结构外壁表面最高温度达到535.6K,表明一体化计算方法可用于长航时飞行条件下的气动加热-结构传热多物理场耦合计算分析,为高速飞行器热防护结构设计与选材提供一定的理论与技术支持。     

广州中信广场台风特性与结构响应的相关性分析

基于台风“达维”登陆时广州中信广场风场及结构响应的现场实测数据,对于风场特性和结构加速度响应状况进行了计算分析,计算分析结果表明,城市上空强风“达维”的湍流度比较大,在台风“达维”作用下结构的横风向响应与顺风向响应接近;同时在不同的时距条件下对风场特性与结构加速度响应的相关性进行了分析,由分析可知取3min为基本时距时风速与结构响应的相关性系数值较高,说明在确定结构的风荷载和计算结构风致响应时取基本时距为3min更为合理。     

基于AFAS 软件的机翼壁板耐久性分析及试验验证

随着航空工业的发展,对机翼壁板耐久性分析的精确性及计算速度的要求日益提高,必须考虑从手工计算到程序计算的转变。飞机结构耐久性分析软件系统(AFAS)是为了满足飞机结构耐久性分析的工程实际使用要求而编制的。本文介绍采用该软件中包含的DFR方法计算程序对机翼壁板结构进行耐久性分析的过程,并进行试验验证,分析得到的机翼壁板结构具有95%置信度、95%可靠度的可靠性寿命与试验统计结果非常相近,证明AFAS是一个可以进行耐久性分析的快速准确的计算工具。     

飞机发动机铰链结构裂纹扩展分析与试验验证

为了研究飞机铰链结构损伤容限设计特性,采用有限元分析结合工程计算与试验验证的方法,对铰链结构裂纹扩展与剩余强度特性进行验证。分析与试验结论表明,针对Inconel718高温合金铰链结构,NASGRO模型仅在小裂纹阶段与裂纹平稳扩展阶段能够获得满足工程要求的计算精度,计算值误差在30%以内。在裂纹失稳扩展阶段,计算精度下降,但铰链裂纹扩展寿命计算结果依然偏安全保守,该计算方法可以为工程设计提供参考。     

基于Patran/Nastran 和Hypersizer的复合材料后机身加筋结构形式选择分析

针对复合材料后机身加筋壁板构型选择问题,采用有限元前后置处理软件Patran建立有限元模型,使用有限元分析软件Nastran进行初步分析,利用复合材料结构分析与优化软件Hypersizer进行结构形式的优化计算分析,优选出后机身壁板最佳结构形式。通过计算分析,得出有意义的工程经验。     

某结构件的非线性弹塑性分析计算

使用有限元软件MSC/Nastran,对某结构件进行了非线性弹塑性计算,分析对比了结构应力以及残余应力与材料屈服极限之间的关系,计算结果与试验值基本吻合,说明使用该软件进行工程结构非线性弹塑性计算是准确的。     

弹性飞机与飞行控制系统间的耦合及结构滤波器的设计

本文通过算例,分析讨论弹性飞机与飞行控制系统之间耦合引起的不稳定现象,进而探讨消除这种耦合作用所采取的重要措施——设计合适的结构滤波器。通过对刚、弹性飞机开、闭环动态特性计算结果的比较与分析,以及对不同参数滤波器频率特性的计算与分析,得出了结构滤波器参数选择的一些基本原则。再经过大量选择性计算,最后选定了结构滤波器的形式与参数。引入具有所选参数的结构滤波器后的弹性飞机闭环动态特性计算,结果表明,飞机与系统之间的耦合不稳定现象消失了,幅频特性曲线上的共振尖峰大大削弱了。这说明所选结构滤波器达到了消除飞机与系统耦合的设计要求。     

某民用飞机机身典型壁板压损分析

通过RADIOSS显示有限元计算,对典型壁板结构的承载能力进行了计算分析,并与试验结果进行对比,验证了RADIOSS显式有限元计算分析的准确性。在此基础上,针对某民用飞机的机身壁板5种不同的典型壁板结构,分别在长度为200 mm和530 mm的情况下,采用有限元分析方法计算了长桁及壁板结构的压损和失稳情况,最终得出5种构型下的压损及失稳结果,为机身结构共性结构选型提供了数据支持。     

基于度的结构区间可靠性分析方法研究

为了分析考虑不确定性因素影响下的结构可靠性,基于不确定性参数的区间描述,用度的方法对结构区间可靠性进行分析。用区间数描述影响结构功能的不确定性,建立结构可靠性分析的区间应力一强度干涉模型,将这些区间变量引入到结构区间可靠性的分析中。基于区间数学以及区间数比较方法理论,提出了一种新的区间可靠性指标。运用基于度的结构区间可靠性分析方法进行计算,分析结果表明该方法具有良好的数学性质,计算得出的结果与用非概率可靠性计算结果相一致,表明该方法可以对结构安全或可靠的程度做出合理的估计。     

高超声速全机外形气动加热与结构传热快速计算方法

发展了一种无黏流场解与工程计算方法相结合的高超声速全机外形气动加热与结构传热快速计算方法。该计算方法结合了三维块结构网格无黏流场数值计算技术可处理复杂外形流动的优点与工程计算方法效率高的特点,将气动热的计算简化为绕飞行器的无黏外流(边界层以外)数值解和边界层内热流求解两个部分,同时耦合了防热结构传热计算模型、高温化学非平衡热效应估算方法以及弹道状态动态插值方法,可用于快速计算与分析三维复杂外形高超声速飞行器在弹道飞行状态下全机热环境参数、防热结构内温度场等随飞行时间的变化特性。以RAM-CⅡ、类Ⅹ-37B等典型高超声速飞行器为研究对象,在设定的飞行条件及热防护方案下,进行了气动加热与结构传热问题的求解,给出了全机表面热流密度与防热结构材料温度的时变特性。结果对比表明,所发展的方法具有快速、高效的特点,且计算精度可满足工程设计初期选型需求,可为高超声速飞行器的热防护系统初期设计及热环境特性快速计算分析提供技术支持。     

平均应力及其分散性对结构振动可靠性的影响

基于传统的结构振动分析,利用Goodman曲线和应力-强度干涉理论,将结构的平均应力及其分散性的影响引入结构振动可靠性模型.结合其它相关参数的分散性,分别建立了平均应力为定值和随机变量时的结构振动可靠性模型,给出了可靠度计算的相应表达式及分析流程.计算实例与Monte-Carlo仿真比较,表明该模型合理可行,计算结果表明,平均应力及其分散性的增加使得可靠度降低.     

静子叶片内环结构对机匣动力特性的影响

根据某型航空发动机高压压气机的实际结构进行有限元分析,着重地考虑内环结构的计算模型与常规无内环结构计算模型固有频率的差异。通过比较计算结果明显看出内环结构对机匣弯曲刚度具有明显的加强作用,振动模态对应的固有频率明显增高。由此可以断定以往在计算静子系统动力特性时忽略内环结构或是只考虑内环的等效质量是不合理的。采用本文提出的考虑叶片内环的计算模型才能获得正确的机匣动力特性。     

细丝热电偶温度传感器动态特性研究

针对三种细丝热电偶温度传感器的结构特点进行了分析,并通过动态特性试验与理论计算结果的对比分析,得出理论计算与试验结果偏差小于10%,可以利用推荐的经验公式进行细丝热电偶动态特性计算预测的结论。     

铆接薄壁梁疲劳寿命计算与试验分析

用液压伺服疲劳试验机,对铆接薄壁纯弯梁进行了疲劳寿命试验,给出了试验结果。用应力严重系数法,计算了铆接薄壁梁的疲劳寿命。疲劳寿命计算结果与试验结果相差较大。分析认为,给出的钉孔填充系数偏高,不适于用来计算铆接薄壁结构的疲劳寿命。经过分析和研究,给出了适于计算铆接薄壁结构疲劳寿命的较合理的钉孔填充系数。还探讨了各种改进 Ｎｅｕｂｅｒ 法对计算铆接薄壁结构疲劳寿命的适用性。     

起落架轮轴偏角对轮毂结构强度影响分析

在飞机结构设计图纸上各类零部件都以静态刚体的形式表达,起落架机轮轮轴通常设计成与地面水平的形式,在地面载荷计算与结构强度分析时也通常以图纸为准进行计算分析,但在真实的地面使用物理场景中机体结构和起落架都会在受载后产生变形,轮轴轴线将与地面产生一个偏角,或者由于制造偏差和装配偏差等原因也会产生偏角,这些因结构柔性或者制造偏差原因造成的偏角对轮轴结构强度分析过程中准确性的影响有多大,在飞机设计精确化发展趋势的今天有较大的意义。本文基于有限元方法研究了典型地面载荷工况下,通过分析相同载荷状态、不同偏角状态下,某型民用飞机主起落架轮轴轮毂结构强度的变化情况,判断计算分析中是否应考虑轮轴偏角,为后续民机相关的结构强度设计提供参考。     

含三维接触问题的机翼下壁板翼肋对接孔结构断裂特性研究

飞机对接孔结构的损伤是飞机和许多工程结构中存在的一种典型损伤形式,它严重影响着结构的完整性和使用安全。因此,研究对接孔结构的断裂特性,具有重要的工程意义和实用价值。主要通过创建三维接触来考虑螺栓与螺栓孔间、垫片与下壁板内壁间的接触问题,应用有限元素法,建立合理的计算模型,计算翼肋对接孔结构在多种开裂模式下的应力强度因子,通过大量的计算分析,总结了机翼翼肋对接孔结构的断裂特性规律。计算结果和结论可作为该类结构损伤容限设计的参考依据。     

基于非结构平台的DLR－F6标模阻力预测

采用自研的非结构网格解算器UNSMB进行了AIAA第三届阻力会议提供的DLR－F6翼身组合体的阻力计算验证。重点分析了模型的网格收敛特性、升阻力曲线以及压力分布等，并把计算结果与阻力预测会议上各个软件的计算结果以及试验数据进行比较，在此基础上分析计算结果。分析结果显示，非结构混合网格解算器的计算结果与各个软件的计算结果以及风洞试验数据吻合度较好，一定程度上验证与确认了解算器的阻力预测精度。