基于大變形分析的民機(jī)貨艙內(nèi)飾結(jié)構(gòu)設(shè)計

張曉剛　霍穎

【摘 要】飛機(jī)內(nèi)飾結(jié)構(gòu)是比較特殊的一類的結(jié)構(gòu)，其與機(jī)體主承力結(jié)構(gòu)在選材、設(shè)計及分析手段上均有較大區(qū)別。本文通過對典型貨艙內(nèi)飾結(jié)構(gòu)的有限元分析及與試驗結(jié)果進(jìn)行對比分析，驗證了基于有限元分析的大變形分析方法在民用飛機(jī)貨艙結(jié)構(gòu)設(shè)計中的可行性。

【關(guān)鍵詞】內(nèi)飾結(jié)構(gòu)；大變形；有限元分析

0 引言

民用飛機(jī)貨艙內(nèi)飾結(jié)構(gòu)設(shè)計因其在飛機(jī)內(nèi)部而受到忽視，其材料的選用也往往不同于飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)的選材，而適航條款對貨艙內(nèi)飾結(jié)構(gòu)的承載能力也有具體要求，如CCAR25.787（a）和CCAR25.651（c）條款。本文基于以上考慮，以abaqus非線性分析為基礎(chǔ)，分析計算了貨艙內(nèi)飾結(jié)構(gòu)在大變形下的變形以及承載能力，通過試驗對比，驗證現(xiàn)有內(nèi)飾結(jié)構(gòu)承載能力，同時也對結(jié)構(gòu)大變形分析方法進(jìn)行了驗證，為后續(xù)內(nèi)飾薄壁結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計分析提供了參考。

1 貨艙頂部結(jié)構(gòu)

為了減輕重量，貨艙內(nèi)飾結(jié)構(gòu)一般選用超薄耐火性材料，內(nèi)飾頂部板結(jié)果如圖1所示（圖中黃色面板為內(nèi)飾板）。

2 有限元模型

建立貨艙內(nèi)飾典型結(jié)構(gòu)有限元模型，模型如圖2所示。

模型大小與試驗件大小一致，四周用鉚釘連接，中間兩根橫梁兩端固支，頂部板與橫梁之間設(shè)置變形后接觸。其余與模型一致。

3 有限元分析結(jié)果

計算以下四種貨艙內(nèi)飾結(jié)構(gòu)受載情況，全面考核內(nèi)飾結(jié)構(gòu)的承載能力，主要的情況有：

3.1 頂部板中間200×200mm內(nèi)加載30kg時計算結(jié)果，最大變形為16.39mm，最大應(yīng)力91.72MPa，如圖3所示

3.2 頂部板中間200×200mm內(nèi)加載70kg時計算結(jié)果，最大變形21.38mm，最大應(yīng)力146.8MPa，如圖4所示

3.3 頂部板加載均布載荷180kg（相當(dāng)于0.298Psi）時計算結(jié)果，最大變形為7.447mm，最大應(yīng)力為42.9MPa，如圖5所示

3.4 頂部板加載均布載荷大于270kg（相當(dāng)于0.46Psi）時計算結(jié)果，最大變形13.29mm，最大應(yīng)力85.91MPa，如圖6所示

3.5 試驗結(jié)果與分析結(jié)果對比

試驗結(jié)果與有限元分析結(jié)果對比如表1所示：

有限元計算結(jié)果能與試驗結(jié)果較好吻合，尤其是在均布情況下，計算結(jié)果與試驗結(jié)果一張。從變形和應(yīng)力分布情況來，與試驗現(xiàn)場觀察一致。

4 結(jié)論

本文通過基于大變形的有限元分析手段，對典型民用飛機(jī)貨艙內(nèi)飾結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限分析，驗證了有限元在此種特殊結(jié)構(gòu)上分析上的可行性，為后續(xù)結(jié)構(gòu)的選型及設(shè)計提供分析基礎(chǔ)。

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[責(zé)任編輯：湯靜]