民机坠撞环境下乘员座椅/约束系统仿真分析及优化

论文摘要

乘员座椅及约束系统在坠撞环境下的性能研究是飞机耐撞性分析与设计的主要内容之一。飞机在坠撞过程中会对客舱地板产生冲击载荷，间接破坏座椅结构，从而威胁到乘员的安全。如何使航空结构在不增加重量的情况下满足强度和刚度的要求，同时使乘员所承受的载荷在人体的耐受范围之内，这是需要着重考虑的问题。因此本文开展了基于适航要求的乘员座椅与约束系统仿真分析以及结构的细节优化工作。首先，在前人分析研究的基础上，针对某座椅简化模型进行受力分析，编制了关于载荷分配的工程算法程序。接着完成了不同体型假人、多假人工况的有限元刚柔耦合分析验证，之后通过静力分析筛选出乘员座椅动力学模型的严重工况，并基于该工况完成了两项关于座椅动力试验的仿真分析，评估了该座椅乘员约束系统的可靠性。其次，将乘员座椅与机身段详细模型耦合建模，完成垂直坠撞仿真分析工作，考察机身框结构变形模式及人体各方面的动态响应，之后对比了不同坠撞速度和考虑真实乘员与否对仿真结果的影响。最后，通过对前面分析结果的总结，对客舱立柱截面进行吸能分析，并完成其尺寸优化工作，得出合理的结构型式，优化后的仿真结果表明乘员响应得到了明显的降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 含座椅/假人飞机坠撞试验
• 1.2.2 乘员座椅/约束系统
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 乘员座椅/约束系统的分析方法研究
• 2.1 引言
• 2.2 结构有限元分析法
• 2.2.1 静力分析方法
• 2.2.2 瞬态动力分析方法
• 2.2.3 瞬态动力分析要点
• 2.3 人体多刚体分析法
• 2.4 乘员座椅系统适航要求
• 2.4.1 座椅静力试验
• 2.4.2 座椅动力试验
• 2.4.3 地板载荷要求
• 2.4.4 假人损伤标准
• 2.5 结构优化方法
• 2.5.1 试验设计
• 2.5.2 代理模型
• 2.5.3 优化算法
• 2.6 本章小结
• 第三章 乘员座椅/约束系统的仿真分析
• 3.1 引言
• 3.2 航空座椅模型
• 3.2.1 座椅模型介绍
• 3.2.2 工程载荷分配
• 3.2.3 座椅静力分析
• 3.3 乘员模型验证
• 3.3.1 假人模型介绍
• 3.3.2 不同体格假人工况
• 3.3.3 多假人工况
• 3.4 动力试验仿真分析
• 3.4.1 垂直冲击状态
• 3.4.2 水平冲击状态
• 3.5 本章小结
• 第四章 带乘员的全尺寸机身段坠撞仿真分析
• 4.1 坠撞仿真分析
• 4.1.1 机身框模型说明
• 4.1.2 机身结构分析
• 4.1.3 假人姿态分析
• 4.2 不同坠撞速度的对比
• 4.3 考虑真实乘员与否的对比
• 4.4 本章小结
• 第五章 机身局部结构仿真优化
• 5.1 引言
• 5.2 立柱结构尺寸优化
• 5.2.1 不同立柱截面构型
• 5.2.2 截面参数尺寸优化
• 5.2.3 优化结果分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文