【正文】 為材料類型，三、四號位為序 表 材料卡編號表 二號位編號 1 2 3 4 5 6 7 0 材料類型 20xx系 7000系 其他鋁合金 鋼 鈦 玻璃纖維 碳纖維 備用 三號位編號 0~4：機(jī)頭 5~9：前機(jī) 身 0~4：中后 5~9：后機(jī)身 序號 針對子模編號為 1：機(jī)頭、前機(jī)身 針對子模型號為 3：中后機(jī)身、后機(jī)身 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 13 表 材料卡參數(shù)表 材料牌號 彈性模量 106 pa 泊松比 G 106 pa 熱膨脹系數(shù) 106? 7085T7452 7085T7452 7075T7351 73087 7050T7451 73087 2524T3 2524T3 7075OT62 7075T6 7050T74511 7075OT62 7150T77511 7075T73511 2060T8E30 75000 2024T3 2024OT42 2196T8511 77224 2099T83 Ti6Al4V 113078 說明：由于結(jié)構(gòu)分析模型采用的是毫米制，根據(jù)材料力學(xué)公式 IMy?? 其中 My 為 2610m? ， I 為 41210 m? ，應(yīng)力 ? 的單位應(yīng)該為 610 Pa。 在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，整流罩為非主要受力結(jié)構(gòu)，對溫度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果影響較小，而由于其構(gòu)成為復(fù)合材料，處理起來比較麻煩，在模型處理時(shí)將這一部分去掉。 圖 結(jié)構(gòu)模型上的溫度云圖 經(jīng)過多種方法的嘗試（第六章總結(jié)中有詳細(xì)說明）， 一直沒能解決問題， 由于時(shí)間限武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 12 制，只能暫時(shí)放棄結(jié)構(gòu)模型，對熱模型進(jìn)行修改，進(jìn)行結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力分 析。但是節(jié)點(diǎn)號不能進(jìn)行重新排列，從而在進(jìn)行熱應(yīng)力分析時(shí)直接加載溫度場結(jié)果，完成結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力計(jì)算。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。下圖 為結(jié)構(gòu)模型上加載的第一階段的溫度場。 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(jìn)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 。 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(jī)熱航程條件以及標(biāo)準(zhǔn)氣候溫度場 熱分析模型 模型尺寸 （ m） 圖 模型尺寸 建立的計(jì)算模型如圖 所示。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(diǎn)位移。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。為了方便起見，下面用 T 代替 T? 。 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。 （ ） （ ） （ ） 溫度應(yīng)力計(jì)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(shí)間的 溫度，以升溫為正。 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(diǎn)載荷列 陣集成為結(jié)構(gòu)剛度矩陣和結(jié)構(gòu)載荷列陣。 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(jì)算 計(jì)算節(jié)點(diǎn)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(shí)間有關(guān)的節(jié)點(diǎn)溫度列陣， 。 本文運(yùn)用商業(yè)軟件 [10] 來建立模型以及相關(guān)處理。通過對客機(jī)熱航程條件的分析，將航程條件劃分為九個(gè)階段，選取每個(gè)階段末的溫度場進(jìn)行熱應(yīng)力計(jì)算，嘗試為客機(jī)的瞬態(tài)熱應(yīng)力研究提供一種較為簡便可行的方法。隨著溫度梯度的不同，機(jī)身不同的部位可能出現(xiàn)熱應(yīng)力集中現(xiàn)象，在這樣的情況下，進(jìn)行機(jī)身的瞬態(tài)應(yīng)力分析是非常有必要的。 。多年來，客機(jī)機(jī)身設(shè)計(jì)方向的學(xué)者，工程師做了許多熱分析方面的理論和實(shí)驗(yàn)研究，累計(jì)了大量的客機(jī)飛行航程熱分析數(shù)據(jù)，據(jù)此制定了相應(yīng)的測試準(zhǔn)則。 國內(nèi)也有一些 學(xué)者對多種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了熱應(yīng)力分析，多為有限元計(jì)算分析，韓宇對多層組合圓筒體的傳熱和熱應(yīng)力進(jìn)行了詳細(xì)的分析 ［ 7］ ；張肖肖， 成 竹，任青梅，秦強(qiáng) 等人進(jìn)行了 緊固件連接部位熱應(yīng)力分析的理論算法 [8]；李樹杰等人通過計(jì)算仿真發(fā)現(xiàn) SiC 陶瓷與 Ni 基高溫合金在直接連接時(shí)熱應(yīng)力很大， 而使用功能梯度中間層或 Cu 等軟金屬作為中間層能在一定程度上緩解熱應(yīng)力 ［ 9］ 。因此在飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，熱應(yīng)力對飛機(jī)機(jī)身的作用以及在飛機(jī)設(shè)計(jì)中對熱應(yīng)力的處理是我們需要十分關(guān)注的。 飛機(jī)在飛行過程中發(fā)生結(jié)構(gòu)的應(yīng)力破壞是空難事故最主要的原因，一旦出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞，即使只是蒙皮脫落，飛機(jī)就很可 能 遭遇毀滅性的破壞，導(dǎo)致機(jī)毀人亡。飛機(jī)長期處于周期性的溫度場環(huán)境中，機(jī)身承受著反復(fù)循環(huán)的周期熱應(yīng)力影響，極易產(chǎn)生熱疲勞，導(dǎo)致疲勞破壞。連接結(jié)構(gòu)件是熱強(qiáng)度校核的關(guān)鍵部位，由于熱應(yīng)力的存在，使得連接部位的工作環(huán)境更加惡劣，雖然結(jié)構(gòu)的常溫靜力強(qiáng)度安全余度較大，但常常因?yàn)闊釕?yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過早失效。緊固件連接部位承受的載荷往往相對較大，且容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，成為結(jié)構(gòu)失效的常見部位。 飛機(jī)機(jī)身骨架及蒙皮主要采用鋁合金，飛機(jī)的氣密性要求機(jī)身各個(gè)構(gòu)件之間緊密連接，在 機(jī)身 各 連接部位， 特別是鋁合金與復(fù)合材料連接處，由于材料熱膨脹系數(shù)不匹配以武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 2 及 溫度梯度會產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，威脅到結(jié)構(gòu)安全和壽命 。 熱量在機(jī)身內(nèi)部通過對流、輻射、傳導(dǎo)等方式傳遞，在飛機(jī)機(jī)身形成復(fù)雜的溫度場。該方法以 25 種民用大飛機(jī)的性能參數(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)乘員艙熱載荷與乘員數(shù)和機(jī)艙相關(guān)尺寸之間的良好線性關(guān)系提出了兩種估算模型； 20xx 年 李楠 ,程湛 進(jìn)行了大飛機(jī)的動態(tài)熱載荷的仿真計(jì)算 [2]；蔡宇宏 ,蔣彥龍 ,蔡玉飛 ,等人進(jìn)行了民機(jī)客艙熱載荷的數(shù)值計(jì)算 [3]。為了滿足飛機(jī)成員的熱舒適性要求，座艙儀表 設(shè)備的正常工作，以及節(jié)省系統(tǒng)能耗，需要在飛機(jī)設(shè)計(jì)階段就精確地計(jì)算飛機(jī)座艙穩(wěn)態(tài)的熱載荷，從而為客機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)的方案選擇、參數(shù)優(yōu)化以及控制規(guī)律研究等提供可靠的理論依據(jù)。 無論是在飛行中或地面狀態(tài)，飛機(jī)都會與周圍環(huán)境發(fā)生熱交換，從而使座艙內(nèi)環(huán)境溫度發(fā)生變化。目前，中國已經(jīng)成為世界第二大民用航空市場。對大飛機(jī)的研究，不僅對于技術(shù)意義重大，在國防、經(jīng)濟(jì)以及政治領(lǐng)域都具有重大意義。 thermal stress。 temperature field。 關(guān)鍵詞 ：大型客機(jī)；溫度場；結(jié)構(gòu)