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客機全場應(yīng)力場的分析方法研究畢業(yè)設(shè)計(編輯修改稿)

2024-08-13 10:53 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 力分析模型,給模型施加位移邊界條 件和溫度載荷,提交 計算可以得到: 1) 機身中段九個階段的熱應(yīng)力云圖; 2) 客機機身中段熱應(yīng)力的最不利部位。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 5 第 2 章 熱應(yīng)力分析基本原理 溫度場計算 計算節(jié)點單元列陣的一階線性常微分方程為: () 式中, 是熱容矩陣, 是熱傳導(dǎo)矩陣, 是溫度載荷列陣, 是與時間有關(guān)的節(jié)點溫度列陣, 。 在輸入相關(guān)的熱傳導(dǎo),對流等參數(shù),確定了邊界條件 后,可以解得節(jié)點溫度列陣 )(tT 。 結(jié)構(gòu) 分析: 結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 ( ) 根據(jù)虛功原理: ( ) 可得單元剛度矩陣方程為 : () 將得到的單元剛度矩陣和節(jié)點載荷列 陣集成為結(jié)構(gòu)剛度矩陣和結(jié)構(gòu)載荷列陣。建立整體結(jié)構(gòu)的平衡方程。 ( ) ( ) ( ) 溫度應(yīng)力計算: 假定彈性體內(nèi)溫度變化為 T? ,這是后一瞬間的溫度減去前一時間的 溫度,以升溫為正。如果彈性體均勻受熱而且沒有受到約束,由于這個變溫 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)。 在彈性力學(xué)中,溫度應(yīng)力問題的基本方程與一般應(yīng)力分析的差別僅是本構(gòu)方程不同。當有變溫時,本構(gòu)方程為: )( 0??? ?? D () eDBaD ?? ??eTev T FadVe ???? ???eeV T FaD B dVBe ????? e eT GKGK?? e eTPGPPKa?PTKCT ?? ?C K P TtTT ??? /?武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 6 式中 D 為各種問題的彈性矩陣,為總應(yīng)變向量, 0? 為變溫引起的自由膨脹應(yīng)變向量,或者稱為初應(yīng)變向量,它是由變溫 T? 引起的。為了方便起見,下面用 T 代替 T? 。 用( )式替換( )式,代入( )式計算,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)點載荷, eTF 為變溫引起的單元結(jié)點載荷列陣, 當只分析熱載荷作用時,公式可以簡化為 ( ) 其中, 為 () 以三節(jié)點三角形單元為例。對于平面應(yīng)力問題,假定薄板厚度為 t,有 () 將上式代入( ),得到: () 式中 A 為單元面積。單元內(nèi)的溫度(實際上是變溫)分布由下式插值得到: ( ) 式中 iT 、 jT 和 mT 為單元節(jié)點溫度,插值函數(shù) iN 、 jN 、 mN 。將( )式代入( )式,通過積分得到: ( ) 將所有的單元溫度載荷列陣組集成物體整體溫度載荷列陣,引入物體約束條件,解有限元線性代數(shù)方程組,得到節(jié)點位移。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。 eTegeqepee FFFFaK ?????? eV TeT dVDBF 0?? ?TT 0110 ?? ????????????????????????????????????ee AmmjjiiATeT T d AcbcbcbvAtEtd ATDBF)1(2011??mmjjii TNTNTNT ???????????????????????????mmjjiimjieTcbcbcbTTTvtEF )()1(6?eTee FaK ?eTF武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 7 第 3 章 飛機熱航程條件以及標準氣候溫度場 熱分析模型 模型尺寸 ( m) 圖 模型尺寸 建立的計算模型如圖 所示。 圖 原始模型圖 模型分為五個部分: S12(中機身前段)、 S20(中機身中段)、 S31(中機身尾段)、 S70武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 8 (機翼)、整流罩部分。 環(huán)境條件總結(jié) 根據(jù)對 內(nèi)、外環(huán)境條件的考慮,可以對不同航程條件進行不同階段劃分: 圖 航行階段劃分 如上圖為熱分析的航行階段劃分,具體的分階段條件考慮見下 表 。 S12 前機身 S20 中機身及中央翼 S31 中后機身 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 計算輸入安排 時間 1 地面停留 ? 內(nèi)、外部自然對流,太陽直射(除 PM),太陽反照(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 組件運行,考慮其對周圍結(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 ? 起落架運行, 機輪及起落架系統(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 飛機進入降落階段 19:02~19:28 9 下降至降落 起落架艙開啟,考慮起落架艙的溫度為恢復(fù)溫度 19:28~19:33 溫度場 在建立溫度分析模型時 ,與剛度矩陣一樣,溫度列陣是以節(jié)點為單位分布的,每個節(jié)點對應(yīng)一個溫度值, 在轉(zhuǎn)換分析模型為結(jié)構(gòu)分析時,這種一一對應(yīng)關(guān)系始終保持。下圖 為結(jié)構(gòu)模型上加載的第一階段的溫度場。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 10 圖 結(jié)構(gòu)模型上加載的溫度場 在加載溫度結(jié)果時,采用 FEM 的方式進行,即根據(jù)節(jié)點的一一對應(yīng)關(guān)系,將溫度結(jié)果以空間場的形式映射到結(jié)構(gòu)模型上。溫度場加載問題一直是 PATRAN 軟件中比較關(guān)鍵且問題較多的問題,具體參考第六章總結(jié)部分。武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 11 第 4 章 計算模型及相關(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,在進行熱分析時 ,要在結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上對網(wǎng)格進行稀疏處理,刪除掉一些單元節(jié)點,形成熱分析模型,如前面的圖 所示。但是節(jié)點號不能進行重新排列,從而在進行熱應(yīng)力分析時直接加載溫度場結(jié)果,完成結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力計算。
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