【正文】 容： （ 1） 建立客機(jī)機(jī)身中段數(shù)值模型； （ 2） 在 此基礎(chǔ)上經(jīng)行選取熱航程環(huán)境條件； （ 3） 對(duì)熱航程條件進(jìn)行分析，進(jìn)行合理的階段劃分； （ 4） 整理得到機(jī)身結(jié)構(gòu)材料表； （ 5） 完成熱分析到應(yīng)力分析模型的轉(zhuǎn)換； （ 6） 選取合適的位移邊界條件； （ 7） 在溫度場(chǎng)基礎(chǔ)上，計(jì)算得到階段末機(jī)身中段熱應(yīng)力場(chǎng)； （ 8） 對(duì)機(jī)身熱應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行分析； （ 9）對(duì)分析方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。 在輸入相關(guān)的熱傳導(dǎo)，對(duì)流等參數(shù)，確定了邊界條件 后，可以解得節(jié)點(diǎn)溫度列陣 )(tT 。如果彈性體均勻受熱而且沒(méi)有受到約束，由于這個(gè)變溫 T? ,體內(nèi)將發(fā)生正應(yīng)變 T?? ,其中 ? 是彈性體的線膨脹系數(shù)。 用（ ）式替換（ ）式，代入（ ）式計(jì)算，得到單元方程： （ ） 其中 epF 、 eqF 和 egF 分別是集中力、分布力和體積力引起的單元結(jié)點(diǎn)載荷， eTF 為變溫引起的單元結(jié)點(diǎn)載荷列陣， 當(dāng)只分析熱載荷作用時(shí)，公式可以簡(jiǎn)化為 （ ） 其中， 為 () 以三節(jié)點(diǎn)三角形單元為例。單元應(yīng)力可由可由（ ）式求出， 0? 由（ ）式給出，式中溫度 T 可取為單元形心處的溫度。 S12 前機(jī)身 S20 中機(jī)身及中央翼 S31 中后機(jī)身 S70 外 翼盒 上次分組 Am 6:00 Am 10:00 Am 11:15 Am 12:00 Am 12:10 Am 12:33 Am 19:02 海拔 39000 英尺高空巡航飛行 Am 19:28 Am 12:23 Am 19:33 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 9 表 SD 階段條件布置 階段 Mission 計(jì)算輸入安排 時(shí)間 1 地面停留 ? 內(nèi)、外部自然對(duì)流，太陽(yáng)直射（除 PM），太陽(yáng)反照（僅 SD），地面、天空輻射 ? 外翼盒燃油的傳熱 6:00~10:00 2 地面停留 ? APU 組件運(yùn)行，考慮其對(duì)周圍結(jié)構(gòu)和環(huán)境的輻射、換熱 10:00~11:15 3 地面停留 ? 空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)啟，客艙環(huán)境溫度固定，艙室間全局、局部通風(fēng)被考慮 ? ACP 溫度輸入控制，對(duì)中央翼下周圍結(jié)構(gòu)的輻射、換熱 11:15~12:00 4 爬升至海拔500 英尺 ? 起落架運(yùn)行， 機(jī)輪及起落架系統(tǒng)的散熱，由熱通量輸入考慮 ? 艙內(nèi)局部通風(fēng)，溫度由恢復(fù)溫度確定考慮對(duì)流換熱 12:00~12:10 5 爬升至海拔22500 英尺 起落架艙門關(guān)閉，溫度自由考慮 12:10~12:23 6 爬升至海拔39000 英尺 APU 組件開(kāi)始關(guān)閉 12:23~12:33 7 巡航 正常巡航飛行，只在此階段考慮起落架艙的剩余泄漏通風(fēng) 12:33~19:02 8 下降至海拔20xx 英尺 飛機(jī)進(jìn)入降落階段 19:02~19:28 9 下降至降落 起落架艙開(kāi)啟，考慮起落架艙的溫度為恢復(fù)溫度 19:28~19:33 溫度場(chǎng) 在建立溫度分析模型時(shí) ，與剛度矩陣一樣，溫度列陣是以節(jié)點(diǎn)為單位分布的，每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)溫度值， 在轉(zhuǎn)換分析模型為結(jié)構(gòu)分析時(shí)，這種一一對(duì)應(yīng)關(guān)系始終保持。武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 11 第 4 章 計(jì)算模型及相關(guān)處理思路 模型處理 圖 所示模型為 原始結(jié)構(gòu)分析 模型，在進(jìn)行熱分析時(shí) ，要在結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行稀疏處理，刪除掉一些單元節(jié)點(diǎn)，形成熱分析模型，如前面的圖 所示。往后 有時(shí)間 再繼續(xù)解決這個(gè)問(wèn)題。又因?yàn)??? ??E 要保證應(yīng)變值得正常，不使剛度矩陣奇異化，從而無(wú)法計(jì)算，只能將 E 及 G 的單位定為Pa)10( 6? 。如圖 和 。 圖 shell 單元參數(shù)有 1. Material Name ：定義所使用的材料 ； 2. Material Orientaion ：定義材料在單元中的方向（針對(duì)于各向異性材料） ； : 定義單元厚度 。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 16 第 5 章 溫度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果 材料的屈服強(qiáng)度 機(jī)身材料的屈服強(qiáng)度，如下表 所示。 本次 結(jié)構(gòu) 熱應(yīng)力分析 模型由于是由熱分析模型修改得到的，而不是原始結(jié)構(gòu)模型，與機(jī)翼連接的 S20 部分機(jī)身的結(jié)構(gòu)單元相對(duì)復(fù)雜，在計(jì)算時(shí)始終存在結(jié)構(gòu)不連續(xù)的問(wèn)題， 在AL 7050T74 屈服強(qiáng)度 MPa 板 橫向 386 厚度= mm 379 厚度 102 372 厚度 127 372 厚度 152 板 縱向 427 厚度 = mm 421 厚度 102 mm 414 厚度 127 mm 414 厚度 127 mm 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 17 難以解決的情況下，只好暫時(shí)擱置，留在往后再處理，最 終得到的是 S12 和 S31 部分的熱應(yīng)力結(jié)果。 在第七階段，應(yīng)力最大值發(fā)生在 S12 部分的下圖所示位置。模型轉(zhuǎn)化要做如下的工作： 查找材料的力學(xué)性能參數(shù)； 確定單元的屬性： 將材料參數(shù)和單元屬性對(duì)應(yīng)地賦給單元； 添加節(jié)點(diǎn)和單元以解決結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性問(wèn)題。 然后便是溫度場(chǎng)加載的問(wèn)題。我嘗試了一些方案，沒(méi)能成功解決問(wèn)題，這是本次工作所遇到問(wèn)題，作為一個(gè)課題提出來(lái)，希望以后能解決。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 26 參考文獻(xiàn) [1] 張興娟 ,楊春信 ,袁修干 .大飛機(jī)乘員艙熱載荷的工程估算方法 [J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào) ,20xx,(第 12 期 ). [2] 李楠 ,程湛 .大型客機(jī)動(dòng)態(tài)熱載荷仿真計(jì)算軟件 [J].民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究 ,20xx,(第 2 期 ). [3] 蔡宇宏 ,蔣彥龍 ,蔡玉飛 ,王瑜 ,夏文慶 ,朱春玲 ,李楠 ,南國(guó)鵬 ,李革萍 ,辛旭東 .民機(jī)客艙熱載荷的數(shù)值計(jì) [J].世界科技研究與發(fā)展 ,20xx,(第 6 期 ). [4] Bhrk H， Beyermann U． Secure Tightening of a CMC Fastener for the Heat Shield of Reentry Vehicles［ J］． Composite Structures， 20xx， 92( 1) : 107 － 112． [5] Xue Jia， Wang WenXue， Takao Y， et al． Reduction of Thermal Residual Stress in Carbon Fiber Aluminum Laminates using a Thermal Expansion Clamp［ J］． Composites Part A: Applied Science and Manufacturing， 20xx， 42( 8) : 986 － 992． [6] Ashida F， Sakata S， Matsumoto K． Structure Design of a Piezoelectric Composite Disk for Control of Thermal Stress［ J］． Journal of Applied Mechanics， 20xx， 75 ( 6) : 0610091 0610098． [7] 韓宇． 多層組合圓筒體的傳熱和熱應(yīng)力分析［ D］．沈陽(yáng) :東北大學(xué)， 20xx． [8] 張肖肖，成竹，任青梅，秦強(qiáng) .緊固件連接部位熱應(yīng)力分析的理論算法 .航空計(jì)算技術(shù)學(xué)報(bào)， 20xx年 5 月，（第 3 期） . [9] 李樹(shù)杰， 劉偉， 李姝芝， 等． SiC 陶瓷與 Ni 基高溫合金連接件應(yīng)力的有限元分析［ J］． 粉末冶金材料科學(xué)與工程， 20xx， 17( 1) : 10 － 17． [10] 龍凱，賈長(zhǎng)治，李寶峰等 .Patran20xx 與 Nastran20xx 有限元分析從入門到精通 .機(jī)械工業(yè)出版社 . [11] 龔垚 .大型客機(jī)座艙穩(wěn)態(tài)熱載荷計(jì)算 .南京： 南京航空航天大學(xué) . [12] 沈玲玲 .空天飛行器再入過(guò)程中關(guān)鍵熱結(jié)構(gòu)的熱分析 .西安： 西北工業(yè)大學(xué) 碩士學(xué)位論文 . [13] 練章華 .現(xiàn)代 CAE 技術(shù)與應(yīng)用教程， 20xx. [14] 閻彬 .結(jié)構(gòu) _熱耦合問(wèn)題及結(jié)構(gòu)疲勞的可靠性分析方法研究 .西安： 西安電子科技大學(xué) . [15] 秦太驗(yàn)、周喆、徐春暉 .有限單元法 .武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 27 致謝 本次畢業(yè)論文項(xiàng) 目的研究和論文撰寫(xiě)工作是在我的老師劉立勝教授的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。 在此，我還要感謝劉翔師兄對(duì)我的指導(dǎo)，教會(huì)我使用 PATRAN 軟件的基本操作和處理相關(guān)問(wèn)題的方法，正是由于劉翔師兄的指導(dǎo)和幫助，我才能從一竅不通直到熟練掌握這個(gè)軟件，完成熱應(yīng)力分析工作直至本文的