佳工机电网 在线工博会 注册 登录 手机版 English | 关于我们 联系我们
关键字  
  选择展区 >>
您的位置: 首页 > 工程机械/建材机械展区 > 建材机械展厅 > 产品库 > 门窗加工设备 > 技术论文 > 正文 产品库 会展 人才 帮助 | 注册 登录  
建材机械
 按行业筛选
 按产品筛选
查看本类全部文章

e展厅 产品库 最新动态 技术文章 企业目录 资料下载 视频/样本 反馈/论坛
  技术应用 | 基础知识 | 外刊文摘 | 业内专家 | 文章点评 投稿 发表科技文章 
基于HyperWorks的活动窗骨架设计
作者:中航工业西飞技术中心 陈卫卫
欢迎访问e展厅
展厅
10
建材机械展厅
水泥设备, 免烧砖机/制砖机, 砌块成型机, 玻璃生产设备, 水泥制管机, ...
摘要:本文论述了Altair HyperWorks软件RADIOSS求解器和OptiStruct优化技术在新涡桨飞机活动窗骨架结构设计中的应用。利用RADIOSS求解器对活动窗结构进行鸟撞分析,根据鸟撞分析结果得到鸟体与结构之间的接触力,以此作为结构优化的载荷工况;再利用OptiStruct优化技术对活动窗骨架结构进行结构分析与尺寸优化,使结构重量最轻。
关键词: RADIOSS,OptiStruct,鸟撞分析,尺寸优化,活动窗骨架

0前言

在新涡桨飞机的研制中,活动窗骨架结构处于适航规章要求的鸟撞区域内,因此该结构应进行抗鸟撞设计。本文应用RADIOSS领先的非线性动力求解技术,对新涡桨飞机活动窗骨架结构进行鸟撞分析,通过分析得到计算接触力,然后用接触力和纯气密载荷作为设计载荷进行活动窗结构设计。根据这些载荷工况再采用OptiStruct求解器对活动窗骨架结构进行尺寸优化设计,使结构满足重量、强度、刚度要求,同时提高结构抗鸟撞能力,降低飞机研制风险。

1 结构概述

新涡桨飞机两侧活动窗结构作为机组人员的应急出口,活动窗结构位置示意图见图1。活动窗由窗体、玻璃组件及运动机构等组成。窗体选用7050铝合金厚板整体机加,截面形状为加筋的“[”形,玻璃组件选用层合有机玻璃,密封带截面形状选用“双O型”,密封带、玻璃组件及窗体用螺栓直接相连,活动窗结构如图2所示。

newmaker.com

2鸟体模型和活动窗结构模型

2.1鸟体模型

目前,采用耦合法进行鸟撞分析时,可选取鸟体模型包括Lagrange模型,Euler模型,ALE模型和SPH模型四种。本文采用SPH模型,SPH是一种无网格算法,是把物理流场用一定速度的集中质量点来描述,每个质量点作为该流场的插值点,问题的解通过这些质点的规则插值函数来得到,守恒方程用质点内力来表达,可以直观的模拟鸟体的抛洒现象。这种鸟体模型适宜处理大变形和大位移问题,且十分容易模拟由多种材料组分(如血、肉、骨骼等)构成的鸟体,且数值模拟计算特别稳定。

鸟体的形状选择两端为圆球的圆柱体,如图3所示,SPH鸟体粒子模型如图4所示,共计10564个节点,重量为1.8Kg。鸟体的圆柱体直径D由公式(1)来确定。

newmaker.com

式中:D为圆柱体直径;
m为理想鸟的质量;
ρ为理想鸟体材料的平均密度。

newmaker.com

采用RADIOSS粘性流体材料(hydrodynamics viscous fluid material)/MAT/LAW6模拟流体和气体,鸟体本构关系如下:

newmaker.com

2.2活动窗结构有限元模型

根据活动窗结构设计方案建立有限元细节模型,进行鸟撞分析时所有结构件均采用六面体单元,用弹簧单元和固连接触方法模拟结构螺钉连接,弹簧单元一端与压板建立固连接触,另外一端与活动窗骨架建立固连接触关系,由于透明件采用压板式连接,给连接单元处施加2780N初始螺栓预紧力。模型共计99760个节点,73592个单元,有限元模型见图5。

newmaker.com

2.3接触定义

使用RADIOSS里/INTER/TYPE7定义鸟体与结构及结构之间的接触关系,其中type7为通用的点面接触,面为主,点为从。鸟体与结构之间的接触如图6所示,红色节点集为鸟体模型,浅蓝色组件为玻璃组件。

newmaker.com

3 活动窗结构接触力分析

运用HpyerWorks软件RADIOSS求解器对新涡桨飞机活动窗结构初始设计方案进行抗鸟撞分析,从分析结果中获取鸟体与结构间的接触力,运用HyperGraph模块生成各撞击点接触力时间历程曲线,并对各接触力时间历程曲线进行滤波处理。

选取活动窗结构上5个点进行抗鸟撞分析,5个点具体位置如图7所示,鸟体速度为逆航向V=138.9m/s。5个撞击点接触力时间历程曲线分别见图8~图12。

newmaker.com

newmaker.com

newmaker.com

newmaker.com

newmaker.com

newmaker.com

4优化问题数学模型

大多数结构优化都以有限元法为基础。无论采用那种优化方法都要求进行多次迭代,最终找到最佳的设计方案。

一般的优化问题用以下数学表达式表示

newmaker.com

公式(1)中f(x)描述的是目标函数,gj(x)和gju分别描述的是第j个约束响应和它的上边界,M为总约束数。xi为第i个设计变量,xiL和xiU分别描述的是它的下边界和上边界,N为总设计变量数。通常优化问题的设计变量包括:尺寸变量、形状变量等。目标函数和设计变量是以下响应的任何情况:结构件的体积或重量、柔度、固有频率、位移、应力等。

5 活动窗骨架结构尺寸优化

5.1有限元模型

根据活动窗结构设计方案建立有限元细节模型,进行优化分析时活动窗骨架和压板结构简化为板壳单元,骨架接头和透明件简化为六面体单元,用CWELD单元模拟活动窗骨架和压板结构间的螺钉连接,用CGAP单元模拟压板、骨架与透明件间的接触,模型共计127375个节点,109788个单元,有限元模型见图13。

newmaker.com

5.2载荷及边界条件

5.2.1 载荷工况

选取5个撞击点的接触力和纯气密共6种载荷情况对活动窗骨架结构进行尺寸优化。5个撞击点的接触力取自图8~图12,纯气密载荷为0.0802MPa,各载荷情况见表1。

表1 载荷情况表
newmaker.com

5.2.2 边界条件

优化分析时,约束骨架连接接头处节点的x、y、z三个方向平动自由度。

5.3优化要素

5.3.1 优化设计变量

充分考虑加工工艺性及结构安装通畅等对活动窗骨架设置优化区域、优化变量,本此优化的设计变量包括骨架框的上下缘条、腹板、加强肋的厚度,变量总数为45个。

5.3.2 优化约束

活动窗骨架优化时采用应力和变形两种约束条件,具体要求如下:

a)应力约束

纯气密载荷情况:σ<380MPa;
各撞击点接触力载荷情况:σ<448MPa

b)位移约束

骨架对角相对位移小于4mm

5.3.3优化目标

满足静强度约束条件下,活动窗骨架结构重量最小。

5.4优化结果

在优化过程中,迭代10次满足了收敛性条件,在每次迭代中,目标函数值均有较大变化。优化后活动窗骨架重量为7.19kg,减重1.86kg, 减重百分比20.6%。

6 结论

采用RADIOSS求解器对活动窗结构进行鸟撞分析,用OptiStruct优化技术对活动窗骨架进行优化,通过分析可知活动窗骨架结构有较大的减重潜力,优化结果可以供后续详细设计参考。优化后活动窗骨架重量为7.19kg,比优化前重量9.05减少1.86kg,减少20.6%。考虑到加工工艺性、活动窗机构可靠性、结构安装通畅等因素,还需要对局部结构进行详细设计和分析。

7 参考文献
[1] 中国民用航空总局. CCAR-25-R3中国民用航空规章第25部[S],1985
[2] HyperWorks Reference Guide
[3] 李为吉等编著.《飞行器结构优化设计》.国防工业出版社,2005
[4] 钱令希著.《工程结构优化设计》.水利水电出版社,1983(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (10/15/2013)
查看更多门窗加工设备相关文章: more
·门窗用塑料异型材的设计原则 大连实德集团有限公司 范怀瑾 程先胜 贾丽娜 (10/17/2012)
·塑料异型材性能影响因素和应对措施 杨忠久 (10/17/2012)
·如何改善共挤彩色塑料异型材门窗的力学性能 杨忠久 徐学清 (10/17/2012)
·门窗清角机控制系统 拽亘佛莱软件开发有限公司 (10/27/2008)
·塑料异型材与门窗行业发展趋势 山东省金达双鹏集团 杨忠久 (10/20/2008)
查看更多建材机械相关文章: more
·V360变频器在金刚石绳锯机上的应用 深圳市四方电气技术有限公司 (8/12/2013)
·高压变频器在峨胜水泥九里制造二厂5000t/d生产线的应用 利德华福 李卫松 (7/17/2013)
·机器人在卫生洁具施釉工序上的应用 newmaker (4/12/2013)
·永宏PLC在红外桥式切割机中的应用 newmaker (3/14/2013)
·SABIC Lexan板材帮助建筑实现节能环保 newmaker (12/27/2012)
·PYRONICS玻璃供料道燃烧系统和控制系统 合肥依科普工业设备有限公司 刘剑 (12/25/2012)
·石材雕刻机断电后如何续雕 newmaker (12/4/2012)
·如何对石材雕刻机进行维护 newmaker (12/3/2012)
·怎样更好的提高石材雕刻机的加工效率 newmaker (11/13/2012)
·石材雕刻机的使用与保养 newmaker (11/12/2012)
查看相关文章目录:
·工程机械/建材机械展区 > 建材机械展厅 > 门窗加工设备 > 建材机械文章
·CAD/CAM/PDM/PLM展区 > CAE/模拟仿真展厅 > CAE/模拟仿真文章
文章点评 查看全部点评 投稿 进入贴吧


对 建材机械 有何见解?请到 建材机械论坛 畅所欲言吧!


网站简介 | 高级会员服务 | 广告服务 | 服务条款 | English | Showsbee | 会员登录  
© 1999-2019 newmaker.com. 佳工机电网·嘉工科技