民用飞机壁板蒙皮及长桁布置结构优化设计

机身壁板是飞机结构设计的重要承载组件,轻量化、高效率、共通性设计及优化是民机设计关注的重点。首先提出一种耦合ABAQUS的Buckle分析及ISIGHT优化的设计方法,利用自编子程序获取ABAQUS屈曲特征值,将特征值输入ISIGHT中计算临界屈曲载荷,同步更新变量参数及ABAQUS文件并提交计算,迭代分析直至优化流程结束。采用上述方法考虑轴向压缩载荷情况,以壁板整体重量最小为优化目标,疲劳应力值为约束条件,对单曲度金属机身壁板的蒙皮厚度,长桁数量及长桁截面厚度等几何参数进行优化。在满足壁板结构承载能力及总重量最小条件下,综合考虑结构载重比,临界应力及壁板加筋比,对比分析出一组最优参数,并与工程算法结果对比吻合程度较好,两者相对误差为3.73%。该优化思路实现FEA平台与优化工作一体化,可用于复合材料壁板设计及结构件减重优化工作,一定程度上可缩短零组件设计周期。     

高超声速飞行器受热壁板的气动弹性声振分析

高超声速飞行器壁板在非定常气动力、热载荷和噪声载荷构成的多物理场联合作用下,将表现出复杂的非线性气动弹性声振响应,特别是在颤振临界动压附近,受热载荷以及声载荷作用,壁板表现出复杂的跳变运动。基于von Karman大变形板理论,建立了热-声载荷和气动力共同作用下的壁板运动方程,分析了超声速气流中受热壁板的屈曲变形及热屈曲稳定性,借助势阱概念初步分析了壁板跳变运动产生的机理。通过定义“穿零频次”给出了跳变运动定量的分类方法,并计算得到不同温升和动压情况下,壁板发生跳变运动所对应的临界声压级。结果表明：在颤振临界动压之前,随着动压的增加,受热壁板势阱的深度先增大后减小,且受热壁板的势阱深度随着温升的增加而增大。     

整体壁板压弯成形等效计算模型

分析了筋条内弯型整体壁板压弯成形过程中蒙皮和筋条的弹塑性变形分布,鉴于内弯筋条发生塑性变形而蒙皮主要为弹性变形的特点,提出了一种将蒙皮部分简化为虚拟材料筋条的几何等效方法.推导了基于惯性矩的虚拟材料等效系数计算公式,给出了复杂网格筋条壁板等效模型建立过程和虚拟材料系数计算方法.进行了Ⅰ型单筋条和网格筋条壁板的有限元分析和压弯实验,对比分析了完整模型和等效模型的计算效率和精度,并用实验数据进行了验证,表明建立的压弯成形有限元等效模型精度可靠、效率数倍提高,为大型整体壁板压弯成形分析和工艺参数优化提供了基础.     

整体壁板结构弯曲成形分析的等效塑性模型

大型整体壁板结构参数及成形工艺参数优化需要对壁板成形进行大量的非线性仿真计算,详细模型在计算时间和资源消耗方面难以接受,且不易收敛。通过弹塑性力学及回弹分析,基于应力和回弹后的变形等效,考虑了材料塑性变形强化效应,将整体壁板简化为某一虚拟材料的平板进行弹塑性弯曲等效分析。压弯和滚弯成形数值算例分析表明:在工程常用的弯曲半径范围内,变形计算误差在3.5%以内,应力误差在5%以内;等效模型大大减小了建模时间和资源,计算效率提高了70%以上,且计算易收敛;等效模型可以替代详细模型,为大型整体壁板结构参数及工艺参数优化、大型复杂形状壁板成形提供了快捷的分析方法。     

应力松弛成形模具型面构造技术

现代飞机的外形复杂,曲率半径变化不一,使得应力松弛成形模具型面构造复杂,而应力松弛引起的塑性变形现象的存在更是加大了模具型面构造技术的难度,为了使成形回弹后的整体壁板符合设计要求,需要对回弹进行有效的补偿,通常是将回弹量预先补偿到模具上,再次成形来判断模具型面的构造是否合理。本文介绍几种应力松弛成形模具型面构造方法,并分析各自的特点。     

整体加筋壁板剪切试验件的分析与设计

采用有限元方法,对整体加筋壁板5种典型缺口区细节试验件进行了应力分析及屈曲载荷计算,给出了加筋壁板试验件较优结构形式.并对连接区厚度和宽度进行参数化影响分析,得到了剪应力及临界屈曲载荷变化曲线.依据计算结果设计出连接区变宽度变厚度试验件.设计思路和分析方法可为整体加筋壁板剪切试验件的设计提供参考.     

复合材料加筋壁板轴压稳定性计算与试验研究

对复合材料加筋壁板的轴压失稳进行了分析计算和试验验证，在计算和试验的基础上通过失稳模式和机理的分析，提出了几种改变结构设计参数来提高承载能力的措施，为进一步完善和改进结构设计提供了参考。     

民用飞机机身气密舱壁板长桁与隔框连接载荷计算方法

结合新型支线客机ARJ21—700的强度计算工作，介绍了民用飞机典型结构机身壁板中，长桁与隔框连接载荷的计算方法。该方法将为国内大飞机研制时的强度计算工作提供参考。     

机身框与长桁、蒙皮的连接形式研究

通过对飞机机身框与长桁、蒙皮连接的不同结构形式进行对比分析,从传力、疲劳耐久性、工艺性和结构重量等方面进行比较,得出各种连接形式的优缺点,为今后机身设计提供一定的依据和参考。     

复合材料加筋壁板制造成本的快速估算模型

为了能够在设计阶段早期对复合材料加筋壁板制造成本进行快速估算,提出了一种以结构设计重量为主要驱动因素的制造成本估算模型。该模型的关键是考虑了诸如材料成本比重系数、制造工艺系数、蒙皮形状系数、筋条形状系数、材料利用率系数等合理取值。以某验证试验的试验件制造成本估算为例,估算成本与实际制造成本的偏差为10.8%,说明了采用该方法对复合材料加筋壁板制造成本进行快速估算的结果是可以为设计人员提供决策依据的。