运输机货物拦阻网冲击仿真研究.pdf

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1、航空科学技术AeronauticalScience&TechnologyJune．152014Ve1．25No．0618-21运输机货物拦阻网冲击仿真研究赵晓辉’中航工业第一飞机设计研究院，陕西西安710089摘要：应用动力学方法对货物拦阻网冲击响应进行了研究。在深入分析拦阻网多种非线性特性的基础上，推导货物拦阻网的冲击动力学方程，通过PAM—C~AgH软件对货物拦阻过程进行有限元仿真。动态模拟了货物对拦阻网的冲击过程，给出了货物的动能变化曲线和拦阻网的动载荷曲线，为拦阻网强度设计提供参考。关键词：运输机；货物拦阻网；冲击；仿真中图

2、分类号：V245文献标识码：A文章编号：1007—5453(2014)06-0018—04随着飞机设计向轻质、精细设计方向发展，越来越多的飞机系统细节强度设计得到了更多的关注，运输机货运拦阻网这种柔性部件的研究得到了重视。货物拦阻网是飞机货运系统I级限动装置。大型飞机如波音707、波音747-200F、麦道-llF、空客A300、空客A3lO、洛克希~L-100、A400M、Cl3O等机种均采用了拦阻网作为I级限动装置。然而，关于货物拦阻网这种柔性结构的强度设计文献较少。目前，国内对于货物拦阻网的载荷缺少有效、精确的算法。一般隋况下

3、是采用工程算法，通过静力等效原则，将应急着陆时货物的冲击载荷等效为静载荷，计算货物I级限动传至接头及机体结构的载荷。但此种方法需要做过多假设，使得计算结果与实际值间存在较大误差。因此，这里针对具有多种非线性特f生的纤维绳索编织而成的柔性拦阻网进行动态仿真研究。图1货物拦阻网结构示意图Fig．1Structurediagramofcargoarrestingnet1货物拦阻网冲击响应特征拦阻网由网带和接头缝制而成，网带由若干根横向和竖自然状态有较大的线位移和角位移，且其载荷一位移睦线不是向非金属材料织带通过缝合与金属接头相连接，金属接

4、头与线性的，所以属于非线性结构。纤维绳也具备非线性结构的基钢带板、机身结构相连接，通过接头将载荷传到机身结构上，本特征一变化的结构刚度，其最主要的力学性质是仅具备抵机身结构上的吊带(或绳)，将拦阻网暂时固定，形成一个平抗拉伸变形的能力，而不具备抗压性能。由纤维绳作为核心材面，见图1所示。料构成的柔性网的非线性主要体现在以-F'4"@3Y面：货物拦阻网本身是一个柔性结构，相对于刚性结构而a．状态非线性货物拦阻网展开过程中，构成货物拦阻网言，此类结构依靠构件自身的弹l生变形实现运动和力的传递，的纤维绳索在任一时刻处于不同状态而引起的非线

5、陛响应；在受载之后有较大的变形，其内部各单元相对于受载之前的b．接触非线性货物拦阻网展开过程中，其各个部分可能收稿日期：2013-11-27；退修日期：2014-04-08~录用日期：2014-05—10}通讯作者．Te1．：029．86832843E—mail=vivian_zxh@sohu．com用格式：ZHA0Xiaohui．Simulationresearchofcargoarrestingnetimpingementforthetransportaircraft[J]．AeronauticalSecience＆Techno

6、logy2o14。25(o6)：18_21．赵晓辉．运输规货物拦阻瞬冲击仿真研究￡J】．航空科学技术．2o14．25《o6)：18—21．赵晓辉：运输机货物拦阻网冲击仿真研究19由于发生接触而产生力的相互作用，其接触区域是不可预知式中：为广义坐标对应的广义加速度。厂．1r且动态变化的；令QL，=一lLoq(一去)l为动能对时间和物体坐标取c，几何非线性货物拦阻网由初始状态到完全展开是一i‘J个大变形、大应变的过程，随着位移的增长，一个有限单元坐导数得到的二次速度矢量。得到Qj=一，即标的移动可以以多种方式改变结构的刚度，需要多次迭代

7、获+留=+(5)得一个有效的解；(5)式即为货物拦阻网任一点i的动力学方程。d．材料非线性货物拦阻网纤维绳承受的张力超出其弹约束方程写成紧凑的矢量形式为性范围而引起的塑性形变以及由此引出的路径相关性等非线C(ql，q2，⋯，，f)=C(q，f)=0性分析。式中：C=[G(g，f)(g，f)⋯(g，为线性独立的约束方货物对拦阻网的冲击属于非线性动力学问题，涉及材料程组，是约束方程数。动力学和结构动力学，具有瞬时强值动载荷、柔性撞击、大变由于货物拦阻网是由n多个任一点约束组成的，采用拉形、高应变率等特点。格朗日待定乘子法表示的约束方程为

8、Jq=0(6)2货物拦阻网冲击动力学方程式中：=。：⋯r为拉格朗日乘子矢量，c为约束方程为了得到货物拦阻网的动力学方程，需首先通过柔性体的雅可比矩阵。虚位移原理和达郎伯原理得到拦阻网任一点的动力学方程。将(6)式代入(5)式，则可得到