基于radioss某型飞机通风窗鸟撞有限元仿真分析

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1、基于RADIOSS某型飞机通风窗鸟撞有限元仿真分析沈亮梁飞任舜中航工业西安飞机工业公司陕西西安710089摘要：基于Altair公司HyperWorks软件平台，采用HyperMesh软件建立了某型飞机天窗骨架、通风窗以及鸟体的有限元模型。并用RADIOSS求解器对鸟撞过程进行了求解，对鸟撞击下的通风窗窗体结构进行了强度与刚度分析。词：HyperWorksRADIOSS鸟撞通风窗飞机问世后不久，就出现了因鸟撞而造成机毁人亡的事故。H上世纪40年代起，人们开始注重研究怎样避免鸟撞的发生。但随着现代飞机低空化的发展以及飞机民用化的普及，鸟撞事故的数量也节节攀升。为了减小鸟

2、撞带來的损失，设计人员开始注重飞机结构抗鸟撞能力的设计，鸟撞计算及全尺寸鸟撞试验也在人规模的开展。随着有•限元法的发展以及计算机运算能力的大幅提升，设计人员拥有了一种能够提高计算效率和精度，并能大幅减小设计成本的工具，有效的缩短了新机型的研制周期。通常风挡抗鸟撞能力的设计标准为：在巡航速度下，风挡承受1.8Kg鸟撞时，风扌当不穿透、支撑结构不破坏同时要防I匕鸟撞产住的碎片伤害驾驶员。同样的标准也适用于通风窗的抗鸟撞能力的设计。某型飞机侧窗为可打开式通风窗，相对于风挡，通风窗的抗鸟撞能力设计更为复杂，不仅要分析玻璃及其支撑结构对鸟撞击的响应，还要校核通风窗运动机构的强度

3、和刚度。本文对鸟体和结构进行耦合求解，进行了鸟撞通风窗的有限元分析，对通风窗玻璃及其运动机构、支撑结构以及天窗骨架的重耍承力结构进行了强度和刚度校核。2有限元建模2.1结构介绍2.1.1通风窗结构介绍某型机驾驶舱侧窗为可打开式通风窗，位于风挡后侧介于3松与4框之间。通风窗窗体安装在上下滑轨小间，窗体结构三维数模如图1所示。通风窗开启或关闭时，转动手柄通过摇臂带动各连杆，进而驱动窗体沿滑轨运动，将手柄的旋转运动转化为窗体的直线运动。通风窗窗体结构由手柄、摇臂、连杆、扭杆、窗体、玻璃、築板、密封带、接头以及螺栓等其他连接件组成。扭杆"垫板・，密封朴连杆"窗体"手柄~摇r图

4、1通风窗三维模型2・1・2天窗骨架结构介绍天窗骨架由玻璃窗骨架以及驾驶舱顶盖组成，如图2所示。骨架部分由骨架型材、框缘上缘条以及风挡框架组成。顶盖部分由框缘上缘条、蒙皮、氏桁以及接头组成。图2天窗骨架3维模型2.2网格划分2.2.1通风窗建模如图3所示，玻璃、摇臂、滚轮、接头、连杆和挡块采用实体单元，上下滑轨、垫板以及扌11杆等其他部分采用壳单元。图3通风窗有限元模型2.2.2天窗骨架建模天窗骨架结构本少具有对称性，故只建立一•半的模型进行分析。蒙皮、长桁及骨架型材组成，截面形状简单，均采用壳单元；厚板件及实体机加件采用六面体单元；钏钉、螺栓等连接件采用spring单

5、元；通风窗运动机构连杆、接头以及摇臂Z间用rbe2单元、rbody单元和spring单元进行连接，如图4所示。图4人窗骨架有限元模型2.2.3鸟体建模鸟体的形状选择两端为圆球的圆柱体，采用SPH单元建立模型如图5所示，共计10564个节点，质量为1.8Kg0图5鸟体有限元模型2.3接触文中建立接触如下:1）spring单元自动建立的type2类型（tie）接触；2）內体和玻璃间type7类型点而接触，如图6（a）；3）机身木身的type7类型点而接触，如图6（b）；4）扌当块与滑轨Z间的接触、导向轮与安装齿板Z间的type2类型（tie）接触。W)图6接触示意图2.4

6、边界条件与工况为了模拟周边结构对分析区域的支持作用，建立如图7所示的约束（全约束）。鸟弹的速度方向沿航向向后（X轴负方向），人小为116.7m/s,分析吋间为6.01mso图7边界条件与工况3结果分析3.1强度分析3.1.1玻璃应力玻璃承受鸟体的撞击，是校核的关键部位。如图8所示，最人应力出现在4.5mslit,为43.13MPa,位于后下角圆角区下陷根部。图8玻璃应力3.1.2摇臂与滑轮应力上摇臂的最人应力出现在5.5ms时，为1436MPa,位于与窗体相连段根部；右下角摇臂最人应力出现在6ms时，为1548MPa,位于与接头相连段的根部；左下角摇臂最人应力为420

7、MPa,相对较小。图9为6ms时三个摇臂上的应力分布。滑轮的最大应力出现在5ms时,为671MPa,位于上滑轮的端部。v«i.1546E^DBOUKmiTi■■•(WSOLO3M142M>.)MbMattbfllaMr*29r—..OQQOMFrw*1394MJD139P4UC.Mn.OCDOEaSOLDXMI52图9摇臂与滑轮应力3.1.3连杆与接头应力连杆和接头以及摇臂组成通风窗的运动机构，连杆与摇臂采川转动副相连，连杆与接头采用刚性连接，接头Z间为转动副。上端连杆最大应力出现在6ms时，为418MPa,位于上端左侧连杆上。卜端连杆最大应力出现在