飞机起落架有限元模态分析.pdf

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1、试验研究现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)2012年第11期飞机起落架有限元模态分析+张铁军，李曙林，常飞，王旺元，胡金海(空军工程大学工程学院，西安710038)摘要：利用ABAQUS有限元分析软件，以大型结构体飞机起落架为研究对象，采用工程上常用的Lanczos法计算起落架固定边界条件下的前四阶固有频率和振型；根据刹车振动试验结果分析出起落架的低阶固有频率，仿真和试验结果都表明起落架的1阶固有频率都在30Hz左右，从而为起落架的设计和改进提供了可靠的依据。关键词：起落架；有限元法；Lanczos法；模态分析中图分类号：U491．9文献标志码：A文

2、章编号：1671--3133(2012)11—00lo卅5VibrationmodalanalysisontheairplanelandinggearZhangTiejun，LiShulin，Changfei，WangWangyuan，HuJinhai(EngineeringCollege，AirForceEngineeringUniversity，Xi’an710038，China)Abstract：ThefiniteelementmodeloftheairplanelandinggearwasestablishedwithABAQUS．Inherefrequenciesandmodes

3、hapesoflaudinggearunderfixedboundaryconditionswereworkedoutby．usingLanezoswhichisthemostpopularmethodtosolvemodalanalysisinengineering；thelow—levelnaturalfrequencywasanalyzedbythebrake—inducedvibrationtest．Thesimula—tionandtestresultsshowedthefirstnaturalfrequencyisabout30Hz．Theresultofmodalanalys

4、iscanbeusedtothedesignandimprovementoflandinggear．Keywords：landinggear；finiteelementmethod；Lanczos；modalanalysis0引言飞机起落架是飞机在地面停放、滑行和起降滑跑时用于支持飞机重量、吸收撞击能量的飞机部件¨J。起落架主要有_以下四个作用：承受飞机在地面停放、滑行和起降滑跑时的重力；承受、消耗和吸收飞机在着陆与地面运动时的撞击和颠簸能量；滑跑与滑行时的制动；滑跑与滑行时操纵飞机。在周期性变化的动载荷作用下，起落架的主要部件可能发生强烈共振，所造成的动应力和动位移将是静载荷下的几倍，甚

5、至十几倍，严重影响起落架工作的可靠性L2o；振动恶化了飞机的乘坐环境，影响乘坐舒适性，产生动态疲劳裂纹，严重时将导致起落架折断，从而引起故障或失事一J。因此对飞机起落架进行模态分析，得到起落架的固有频率和模态，根据分析结果采取措施减小起落架发生共振的概率，从而延长起落架使用寿命，保证飞机飞行安全。起落架的模态分析关系到飞机的安全性、舒适性和可靠性。本文首先介绍了Lanczos求解法，通过CATIA软；国家自然科学基金项耳(51105374)10件建立起落架有限元模型，在ABAQUS软件中提取模型的前四阶固有频率和振型，并根据刹车试验数据分析得到起落架低阶频率，最后对比仿真和试验结果得到模态

6、分析结论。1Lanczos求解法进行理论模态分析时，选择好的求解方法将会提高计算速度和精度。ABAQUS／Standard提供了两种特征值的提取方法：Lanczos法和子空间迭代法。Lanczos法比较巧妙，使计算过程大大简化惮j，以致对同样的问题，可比子空间迭代法计算速度提高5～10倍，其特征值、特征向量求解精度较高，是一种计算效率更高的求解法b3。设结构动力学分析中的部分广义特征值问题为：脚。。。=脚。。。A。。。(I)式中：矩阵沙。。。由m个n维向量组成；K为nxn阶实对称正定矩阵；肼为对称阵；对角阵A。。。=diag(∞2n，∞乞，⋯，∞：。)称为谱矩阵，其各对角线元素对应于结张铁

7、军，等：飞机起落架有限元模态分析2012年第1I期构各阶固有频率的平方[6]。令A=K～M，A=1／A。。。，那么式(1)可变为：A沙。。。=A砂。。。(2)求n阶实对称矩阵A特征值问题的Lanczos法基本思想如下：取定一个任意单位向量q，，通过Lanczos过程构造一组正交化序列q，，q：，⋯，g。。令Q=[q。，q：，⋯，q。]，则Q1aQ=L，L为一个对称三对角矩阵。在变换过程中产生了一系列对称三对角矩阵￡，它们