考虑胎压变化影响的某型号飞机主轮流固耦合有限元分析.pdf

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1、学术论文考虑胎压变化影响的某型号飞机主轮流固耦合有限元分析*刘文胜，胡则栋，马运柱，杨肃，闫盼莹（中南大学粉末冶金国家重点实验室，湖南长沙410083）[摘要]本文研究飞机着陆过程中轮胎受冲击载荷发生大变形，引起轮胎内充气压力变化对轮毂受力状况的影响。采用CATIA建立该型号机轮轮毂及轮胎的模型，运用ANSYS对机轮组件进行静强度分析。为衡量充气压力变化，引入空气单元及流固耦合迭代。结果表明，在飞机着陆过程中胎压变化为6%。仿真结果和径侧向载荷试验对比，轮胎变形误差不大于4%，轮毂形变误差不大于3%。本文对于对偏置单腹板

2、轮毂的强度校核具有实际参考价值。[关键词]飞机机轮；流固耦合；有限元；轮胎冲击载荷；橡胶[中图分类号]V226.6[文献标识码]A[文章编号]1003-5451(2017)03-0021-05StructureOptimizationofaCertainTypeofAircraftNoseWheelHubLIUWen-sheng,HUZe-dong,MAYun-zhu,etal.(StateKeyLaboratoryforPowderMetallurgy,CentralSouthUniversity,Changsha41

3、0083)[Abstract]Anon-linearmulti-laminatedstaticstatefiniteelement(FE)modelofatransportaircraftwheelassemblyfacingimpactloadissimulated.Inthismodel,theinflationpressureisvaryingwhiletyredeforming.SoftwareCATIAisusedtobuildthegeometrymodel,ANSYSisusedtosetupthestat

4、ic-stateanalysis.Tosimulatethevariationofinflationpressure,fluidelementandfluid-structurecouplingisused.Materialnonlinearity(rubberhyperelasticbehavior),geometricnonlinearity(thelargedeformationofthetyre),andthecontactnonlinearity(thecontactbetweenthetyreandrigid

5、wall)arestudied.Comparedwiththeexperimentaltests,theerrorinwheeldeformationandtyredeflectionisnotgreaterthan3%and4%,thetyrepressureis6%greaterthantheinitialone.ComparedwithFEmodelwithoutiterations,theresultscomeclosertotheexperimentaldata.[Keywords]aircraftwheel;

6、fluid-structurecoupling;finiteelementanalysis;impact;rubber[1]1引言压力设置为恒定值的经验方法逐渐不满足现代航空工业的需求。因此，轮胎机轮一体化分析具有工程与飞机着陆阶段中，机轮除了受到飞机重量及控制学术意义。力矩外，还受到冲击载荷和充气压力的作用。这些载参考文献[2]进行了轮胎撞击地面的有限元模拟。荷通过轮胎和轮胎内气体施加于轮毂上。考虑到轮胎参考文献[3]讨论了轮胎与地面之间的接触问题。参大变形，传统的将冲击载荷分解为径侧向载荷，将充气考文献[4]给予了一

7、种测定轮胎变形的试验方法。虽*国家高技术研究发展计划（863重点计划）资助项目（2009AA034300）作者简介：刘文胜（1967-），男，“长江学者”特聘教授，博士生导师。研究领域有：粉末冶金材料、电子材料、航空机轮等。·21·考虑胎压变化影响的某型号飞机主轮流固耦合有限元分析然这些文章均研究了轮胎机轮一体化设计，然而他们强筋模型。考虑到轮胎受冲击载荷时的大变形，建模的充气压力依然设定为常数，且对于机轮仅仿真了轮时将轮胎分为7个部分：帘线层、补强层、胎圈包布、胎缘部分，并非完整的轮毂。侧、胎面、三角胶、钢丝圈.其截面

8、有限元网格模型如图本文在模拟完整轮胎轮毂的基础上，考虑轮胎超3所示。弹性大变形带来的材料非线性，轮胎着陆过程中的几何非线性与接触非线性。引入空气单元与流固耦合，使得充气压力随轮胎变形而改变,并设计径向载荷试验对有限元模型加以验证。2几何与有限元模型2.1轮毂与轮胎模型几何模型分为3部分，轮胎、机轮和刚性地面，如图3轮