机身加强框结构刚度优化设计研究.pdf

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1、2014年8月强度与环境Aug．2014第41卷第4期STRUCTURE&ENⅥRoNM[ENTENGINEERINGVo1．41，No．4机身加强框结构刚度优化设计研究刘文章何景武(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)摘要：以某型飞机翼身结合加强框为例，利用有限元法进行其刚度性能的优化设计。首先，分析确定翼身结合框的可靠性安全载荷，建立全新的结构刚度模型，利用有限元法分析求解刚度指标。然后根据结构设计要求和限制条件，基于应力应变特性和拓扑优化分析结果，优选设计参数，提出改进模型。通过对比分析结果，表明模型改进达到了结构刚度优化设计的目的。关键词：翼身结合加强框；结构

2、刚度模型；有限元分析；结构优化中图分类号：V222文献标识码：A文章编号：1006．3919(2014)04—0041—07OptimaldesignoffuselagebulkheadstructurestifnessLIUWenzhangHEJingwu(SchoolofAeronauticScienceandEngineering，BeiHangUniversity,Beijing100191，China)Abstract：Basedonthewing-bodybulkheadstructureofsomealrcraft，theoptimizationdesignwascond

3、uctedbythefiniteelementmethod．Throughtheanalysisofaprototypewing—bodycombinationframe，thereliabilitysafetyloadwasdeterminedandthenewstifnessmodelwasestablished．ThroughfiniteelementmethodofNastran，thestructurestifnesswascalculatedandthestressanddeformationanalysiswascarriedout．Consideringtheframe

4、environmentalconditionsandthestructuraldesignrequirements，basedonthestressanddeformationresultsandtopologyoptimizationanalysisresults，someimpo~antstructuraldesignparameterswerechosen．Basedonthenewdesignparameters，anewoptimalmodelwascreated．Throughcomparisonbetweentheoldmodelandthenewone，itisdemo

5、nstratedouraimofstifnessoptimizationisaccomplished．Keywords：wing—bodycombinationbulkhead；stifnessmodel；finiteelementanalysis；structureoptimization0引言在飞机结构设计中，刚度设计的提出，主要是为了避免飞机出现过大的结构变形以致影响飞行性能和避免结构产生有害振动，满足设计中对气动弹性等问题的要求。因而，刚度设计问题要影响到飞机设计的整个过程，刚度设计理念伴随着飞机的整个设计周期。在近代，由于追求重量轻、性能好等指标，再加上飞机外形尺寸的大型化，

6、使得飞机刚度问题更加突出，特别收稿日期：2014．03．03；修回日期：2014-07-15作者简介：刘文章(1987-)，男，硕士，研究方向：飞机结构设计；(100191)北京市海淀区学院路37号北京航空航天大学航空科学与工程学院飞机系．第41卷第4期刘文章等机身加强框结构刚度优化设计研究433翼身结合框刚度模型3．1分析模型根据飞行包线，作用在加强框上的主要载荷有、、、等。对于设计改进来说，一般可取载荷作为依据，此时结合框的内力主要来自机翼的弯矩，弯矩引起的内力约占总内力的97％【2J。对于设计分析，虽然不同载荷下对应的危险点不同，但是对称弯矩载荷下的设计分析所得到的结构也能够满足

7、其他机动条件下的危险条件，在参考文献[2]中的结论也是如此。周围的连接件和其他载荷约束对加强框的影响可以在设计分析时不予考虑。因此，加强框可以作为一个单独的部件进行分析。由于框结构和外载(对称弯矩)的左右对称性，模型取对称面一侧的半框结构。对称面上反对称位移为零，因此在不考虑航向受力的情况下，对称面上只有y向位移。所以，对称面处的边界为a)上下半框端面固支，b)上半框端面固支而下半框端面】，向自由两种情况，见图3所示。本文中采用第二种的边界条件