基于Hyperworks的航空机轮模态分析

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1、学术论文基于Hyperworks的航空机轮模态分析刘文胜,朱元,马运柱,杨肃（中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙410083）[摘要]为了得到整体航空机轮的主要振型及频率，本文采用CATIA、Hyperworks建立了机轮刹车一体化模型。结果表明机轮中轮毂、刹车盘、刹车壳体中存在轴向、径向等横向振动，以及垂直于轴向的弯曲振动。本文使用Hypermesh划分了机轮的高质量网格，采用RBE2单元进行接触建模。利用OptiStruct模块进行模态分析，得到机轮的前10阶模态振型。阐明了固有频率、振型和激振力对机轮刹车效率、结构强度刚度

2、等的影响。[关键词]航空机轮；Hyperworks；模态分析[中图分类号]V226.6[文献标识码]A[文章编号]1003-5451(2017)05-0019-04AircraftWheelModeAnalysisBasedonHyperworksLIUWen-sheng,ZHUYuan,MAYun-zhu,etal.(StateKeyLaboratoryforPowderMetallurgy,CentralSouthUniversity,Changsha410083)[Abstract]Inordertoobtainthemai

3、nmodeandfrequencyoftheoverallaircraftwheel,theintegratedmodelofwheelbrakeisestablishedbasedontheCATIAandHyperworks.Theresultsshowthatthereareaxialandradialvibrationinthewheel,brakediskandshell,aswellasthebendingvibrationperpendiculartotheaxialdirection.Hypermeshwasuse

4、dtomeshthehighqualitygridofthewheelandusetheRBE2unittomodelthecontact.UsingtheOptiStructmoduletoperformmodalanalysis,thefirst10modemodesofthewheelareobtained.[Keywords]aircraftwheel;Hyperworks;modeanalysis引言工程师预测在不同载荷作用下的振动形式，提高飞机着陆过程的稳定性，提高飞行安全性。同时有限元建航空机轮是飞机起落装置的重要组

5、成部分。在飞模及模态分析可以为结构动力学优化设计提供目标函机降落和起飞过程中，会受到各种载荷的冲击，产生剧数或约束条件，为故障诊断与预报提供信息。[1]烈的振动现象。针对航空机轮而言，引起各种激扰力陶柯等人通过Ansys研究了机轮轮毂的振动频的因素可以概括为3大类：一是飞机在地面上行驶时率和振型，确定了轮毂较好的结构形式。张铁军等人[2]路面不平整对机轮产生的随机振动；二是飞机起降时运用Abaqus研究了刹车系统中部分结构的模态分析碳盘的旋转；三是发动机运转时引起的间歇激振。如和动力学响应，得到了前30阶固有频率。石小鹏等人[3]

6、果这些激振力的激振频率和机轮的某一固有频率相吻建立了简化的刹车振型系统动力学模型，研究得到了合，就会产生共振，从而导致机轮上某些结构会产生数通过改变卡槽数量和增加垫片来改变振动频率以避免[4]值很大的共振动载荷，影响乘客的舒适性，严重的甚至共振的措施。张立军等人通过Abaqus软件建立了会破坏结构强度、影响刹车效率。在飞机刹车过程中，完整的汽车摩擦尖叫有限元模型。前人研究的内容主对航空机轮进行模态分析，可以确定结构和机械部件要集中在汽车的刹车装置和航空机轮的部分部件如轮的固有频率及振型，从而使结构设计避免共振，并指导毂、刹车盘的振

7、动分析，没有涉及航空机轮及刹车装置作者简介：刘文胜（1967-），男，教授，博士研究生导师，主要研究领域为材料学、航空制动材料与系统。·19·基于Hyperworks的航空机轮模态分析一体化结构的有限元建模与动力学研究。本文针对上式中：qr(ω)——r阶模态坐标；述存在的问题，通过CATIA建立了机轮刹车一体化模φlr——r阶模态振型系数。型并对其进行细节优化，运用Hyperworks进行网格优各阶振型系数可组成列向量，成为r阶模态振型。化，建立了高质量4面体网格，完成了整个机轮的模态ϕ1(ω)分析，确定了机轮

8、的固有频率及其相应的振型，并探讨ϕ2(ω)ϕr=.（5）了不同激振力对结构功能和结构强度的影响。..ϕN(ω)1有限元模态分析理论各阶模态向量组成模态矩阵，物理意义是各阶模态对响应的贡献量。有限元