[發明專利]一種機身結構中長桁總體穩定性計算方法

在審

• 申請號: 202110547079.X
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113312815A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 白艷潔;孟新意;宋波濤;譚玉生;霍文輝
• 申請（專利權）人: 中航西安飛機工業集團股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

一種機身結構中長桁總體穩定性計算方法，根據機身結構的設計數模，建立機身結構的有限元模型，由桿單元和桿單元兩側的板單元組成計算單元，根據邊界條件和載荷工況，得到機身結構各計算單元的應力計算結果，利用最大剪切應力板單元和最大壓應力桿單元對應的計算單元的幾何參數，根據本發明所述長桁壓應力計算公式，計算出機身長桁的最小壓應力，最后由最小壓應力對應的長桁的總體臨界失穩應力和計算最小壓應力的比值，得出機身長桁的總體穩定性剩余強度，本發明能更方便、快捷、準確地計算機身長桁的總體穩定性。

技術領域

本發明屬于飛機結構強度設計領域，尤其涉及一種機身結構中長桁總體穩定性計算方法。

背景技術

機身結構是飛機的重要部件之一，它將機翼、尾翼、起落架等部件連成一個整體，主要作用是產生并傳遞各種載荷，本發明主要研究機身蒙皮主要受純剪切時的長桁的總體穩定性計算方法。

目前強度校核中，機身長桁通常采用以下校核方法，取嚴重工況下長桁單元與左右蒙皮單元為研究對象，直接從總體應力分析模型中提取長桁桿單元軸向壓應力，蒙皮單元最大剪切應力，通過計算蒙皮單元剪切失穩后張力場引起的長桁壓應力和彎曲應力，與長桁本體壓應力求和后計算機身長桁的總體穩定性，計算時未考慮長桁在彎曲時的物理幾何塑性系數以及張力場引起的長桁壓應力和彎曲應力對物理幾何塑性系數的影響。

對機身長桁而言，直接采用總體應力分析模型的應力計算結果校核機身長桁總體穩定性，所得結果精度較低。因此需要探索一種新的計算方法，方便、快速、準確地進行機身結構長桁總體穩定性計算。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種機身結構中長桁總體穩定性計算方法，基于有限元分析方法進行靜強度計算，目的是為了提高蒙皮主要受純剪切時的機身長桁的總體穩定性的計算精度。

一種機身結構中長桁總體穩定性計算方法，該機身結構包含長桁、蒙皮、機身框，已知該機身結構的設計數模和載荷工況，其特征在于包含以下步驟：1)根據機身結構的設計數模，以長桁和機身框交點為基準，建立機身結構的有限元模型，其中將蒙皮簡化為板單元，將長桁簡化為桿單元，將機身框簡化為梁單元，在相鄰梁單元之間，由桿單元和桿單元兩側的板單元組成一個計算單元，每個計算單元包含中間位置的長桁和長桁兩側的蒙皮；2)在上述有限元模型中，對靠近機頭部位的機身框梁單元簡支約束，作為機身結構總體應力分析模型的邊界條件；3)根據邊界條件和載荷工況，得到機身結構各計算單元的應力計算結果；4)根據各計算單元的應力計算結果，提取蒙皮受純剪切的計算單元作為分析單元；5)計算出每個分析單元的長桁壓應力，并將長桁壓應力的計算結果進行比對分析，提取長桁的最小壓應力σ_c；6)利用該最小壓應力對應的長桁幾何參數，計算出長桁臨界失穩應力σ_cf；7)由最小壓應力對應的長桁的臨界失穩應力σ_cf和長桁最小壓應力的比值σ_c，作為機身長桁的總體穩定性剩余強度。

在上述步驟5)中，每個分析單元的長桁壓應力σ_c包括三部分：第一部分為機身結構總體有限元模型中計算出的長桁壓應力σ_ch；第二部分為由蒙皮剪切失穩后對角拉伸引起的長桁平均壓應力σ_st；第三部分為長桁受到向內的彎曲載荷在兩支點處的彎曲應力σ_M。

本申請的機身結構中長桁總體穩定性計算方法，根據機身結構的設計數模，建立機身結構的有限元模型，由桿單元和桿單元兩側的板單元組成計算單元，根據邊界條件和載荷工況，得到機身結構各計算單元的應力計算結果，利用最大剪切應力板單元和最大壓應力桿單元對應的計算單元的幾何參數，根據本發明所述長桁壓應力計算公式，計算出機身長桁的最小壓應力，最后由最小壓應力對應的長桁的總體臨界失穩應力和計算最小壓應力的比值，得出機身長桁的總體穩定性剩余強度，本發明能更方便、快捷、準確地計算機身長桁的總體穩定性。