飞机起落架撑杆结构优化及有限元分析

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第 8卷

第1 2期

20 0 8年 6月

科

学

技

术

与

工

程@

V 1 8 No 1 J n o 8 o. .2 u e2 0

1 7 - 8 9( 0 8) 2 3 4 -4 6 1 11 20 1 -2 30

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飞机起落架撑杆结构优化及有限元分析王小锋王永军(西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，西安 7 0 7 ) 10 2

摘

要

通过分析建立了某型飞机起落架带锁撑杆的支杆截面尺寸设计约束，用 Ma a支杆截面尺寸进行优化计算，采 t b对 l得

出满足强度要求下稳定性最好的支杆截面尺寸。并通过使用 M C P T A S/ A R N与 MS/ A T A C N S R N分析软件，对其强度进行了校验。结果表明，截面尺寸优化后，支杆截面面积从 1 6 m 0m减小到 9 8m 在满足撑杆强度和稳定性要求的情况下， 6 4 m,有效的实现了其减重设计。

关键词

撑杆强度

稳定性

结构优化设计 A

MS/ A R N CPT A

MS/ A T A C N SR N

中图法分类号

V 4 . 3 211;

文献标志码

起落架带锁撑杆是连接飞机机体与起落架的关键件，设计的好坏直接影响着飞机的起飞着其陆，常规设计中对其赋予了很大的安全系数，就这

限元检验优化计算结果，有效地实现了零件的减重。

1撑杆支杆截面尺寸的设计优化

无疑增加了其本身的重量。通常可以通过优化其截面结构尺寸，保证安全的情况下，可能减少在尽其截面面积，而减轻其重量。对于长杆类结构优从

化设计问题， . . y】 P E U sl采用最小成本设计约束优化锥形塔的结构尺寸，出在满足刚度要求的情况得下，用最少强化环的数量。Y c e g通过优化使 u h n矩形薄壁梁的壁厚及截面尺寸，用有限元计算检并

验优化计算结果。袁健结合规范进行桁架的构件截面尺寸优化，以减少重量。范存超采用运用 N s a限元分析软件对装载机摇臂结构进行了 at n有 r强度分析，根据分析

结果对结构尺寸进行了改并进。任治章提出一种设计型钢柱截面尺寸的直接法，并给出了直接法的设计公式及计算所需要的

网 1撑杆支杆截面尺寸/意图下

1 1翼板宽厚比、 .腹板高厚比的确定]

为了保证局部稳定，限制撑杆的宽厚比，需翼板宽厚比为

b t (0+0 I )￣ 3织 l≤ 1/ .A/ 5 2其中， l= ( b b—t)2 /腹板高厚比为： h/≤ ( 5+o 5 ot 2 . A)￣2 5f/3/y

() 1

全部图表。彭兴黔采用直接法进行了焊接双轴对称工字型钢梁截面的优化设计。 本文对起落架带锁撑杆支杆建立了截面尺寸

() 2

翼板及腹板宽厚比约束关系，通过对其进行强度分析、稳定性分析，出最优化的截面尺寸，采用有得并20 0 8年 3月 1日收到 2

其中， l=h一 t h 21 2截面优化参量计算 .撑杆截面积公式：S=2b+t ( t h一2 ) t () 3

第一作者简介： i (9 8 )男， t/锋 17一，汉族， x航空宇航制造工程专业硕士。E m i w n x 7@ sh . o a: a g f 2 o u o m。 l 5

截面惯性矩：

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科

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技

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8 卷

l h b=一

(一2 6

6

) 。+

蚕4 o较 3 0姬

一

I篓扳厚度/ mm

_ .-高度/ n ma

3 b+t)】 ( w= 一

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篓扳宽度/ mm 腹扳厚度/ mm噬性半径/ mm—●一票度-— 一

( 6

)一2 ) ( t]() 4

型 l 0:L噩。

惯性矩x@/￣ 4 l r r

星星截

虽星量墓昌量孽 r -截面积/ . mr。

惯性半径：:

惯

、

柔度：A:

从图 2中可以看出，随着截面积的减小，面厚截

{

() 6

度尺寸下降较快，面惯性矩逐步减小，度和高截宽度下降较慢。在稳定系数接近 1时，即接近失稳状

柔度极限：耵

√ A 4 C. ￣ E

态时，宽度和厚度尺寸下降较快。() 7

同时，在起落架工况中撑杆属于拉压杆，拉在力作用 ( 2 . N)按照材料比例极限

( 0 13 7 2 k下 14 0

此杆不属于大柔度杆。

临界应力：… 1

M 试算求得支杆最小截面积为 9 8l将截面 P) 4 l, T m积 9 8 m 2代人优化程序求得支杆稳定性系数接 4 m

】

() 8

近 3 14,合稳定性要求。支杆截面优化尺寸 .31符.

为 .t: 5 7 7 8,= 6 . 6 h= 2 . 3 5, .4 b 7 2 8 0, 0 963

临界力：P1: o i r‘F

t=9 6 2 4。 .3

() 9

与撑杆受到的最大载荷相比，P1

2有限元强度分析(0 1) 2 1计算模型的建立 .撑杆作为连接飞机机体和起落架的关键件，如

叼 T 两( O式中： r比例极限， 1) o一

图 3所示，一个两端具有耳子、间为 H字型的是中对称结构，了提高计算效率，将撑杆可分为两为可个同等部分，建立有限元模型的过程中，在只选用撑杆一半模型进行有限元分析。

E弹性模量，一C杆端支持系数 C 1 0一 o

其中， A为支杆在受力过程中挠度，按文献中的规定， A< 0时， A= 0当 A>{, A=l。当 3取 3; 1 3 0时取 O 0已知撑杆初始面积为 1 6 l。定义优化参 6 0 mT l

数，,,,图 1所示。因此，给定截面面积 6 如在情况下，以撑 …… 此处隐藏：5294字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……