小车式起落架车架大梁的强度分析及结构优化

论文摘要

起落架是飞机的主要承力部件,用于承受飞机在起飞降落和在地面停放时的相应载荷。随着大型飞机的发展,对起落架系统提出了更高的要求,不仅要有足够的强度和刚度,还要尽量做到轻量化。因此,对起落架车架系统进行强度分析及结构优化的研究,能够有效地指导新产品的设计开发,是起落架设计工作中不可或缺的步骤。本文从介绍有限元及优化设计的基本思想着手,着重讨论了应用ANSYS对运八某型机主起落架车架大梁进行强度分析和优化设计的具体过程。首先利用ANSYS软件提供的APDL参数化设计语言,根据设计图纸,对起落架车架大梁进行了参数化的有限元建模。通过在车架大梁与车轴的装配部位设置接触对模拟两者的相互作用,并对接触分析的选项设置及重要性进行了深入探讨。研究了将起落架所受的地面载荷等效到车轴端部加载点的具体方法,通过计算得到起落架车架大梁在六种不同工况下的应力分布规律,并对其强度进行校核。接着选取典型截面的应力分布与理论计算结果进行比较,验证仿真计算结果的可靠性。文章的最后为了实现车架的轻量化,选取三个主要的截面参数为设计变量,许用应力和最大位移为约束条件,以车架中部结构的体积为目标函数,对基体进行了优化设计。优化结果表明:车架中部结构的体积减少了近23%,强度和刚度仍能满足要求,基本达到了减轻重量,降低成本的优化目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 工程背景与研究意义
• 1.2 小车式起落架的结构及特点
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 有限元分析方法
• 2.1 弹性力学基本方程
• 2.1.1 弹性力学的基本量
• 2.1.2 外力与内力的关系——静力平衡方程
• 2.1.3 位移与应变的关系——几何方程
• 2.1.4 应力与应变的关系——物理方程
• 2.2 有限元的基本理论
• 2.2.1 有限元法的基本思想
• 2.2.2 有限元法的发展概况
• 2.2.3 有限元计算方法的优越性
• 2.2.4 有限元法的分析过程
• 2.3 本章小结
• 第三章 车架大梁的参数化有限元建模
• 3.1 ANSYS 有限元分析软件介绍
• 3.1.1 ANSYS 软件的主要特点
• 3.1.2 ANSYS 进行结构分析的基本步骤
• 3.2 模型简化
• 3.3 车架大梁几何模型的建立
• 3.3.1 车架中部模型的建立
• 3.3.2 车架大梁锥体部分模型的建立
• 3.3.3 车架U 型接头模型的建立
• 3.3.4 细节改进和车轴的建模
• 3.4 模型的网格划分
• 3.4.1 模型的单元类型与材料属性
• 3.4.2 网格划分的形式与划分原则
• 3.4.3 车架大梁的网格划分
• 3.5 建模总结
• 第四章 模型的约束和加载
• 4.1 接触分析
• 4.1.1 定义接触对的主要步骤
• 4.1.2 关键字选项和单元实常数的设置
• 4.1.2.1 接触刚度的选择
• 4.1.2.2 调整初始接触状态
• 4.2 接触分析的合理性与必要性
• 4.3 模型的整体约束与受载分析
• 4.4 求解器的选择
• 4.5 本章小结
• 第五章 计算结果的分析与验证
• 5.1 车架强度的评价指标
• 5.2 车架大梁在各工况下的计算结果
• 5.2.1 第一、第二工况应力分析
• 5.2.2 第三、第四工况应力分析
• 5.2.3 第五、第六工况应力分析
• 5.3 理论计算验证
• 5.3.1 工况一载荷下的理论验证
• 5.3.2 工况四载荷下的理论验证
• 5.4 本章小结
• 第六章 起落架车架大梁结构优化
• 6.1 结构优化设计简介
• 6.1.1 结构优化设计的特点与应用
• 6.1.2 结构优化的数学模型
• 6.1.3 结构优化方法介绍
• 6.1.4 参数化设计语言在优化设计中的应用
• 6.2 起落架车架大梁的结构优化
• 6.2.1 车架优化基本步骤
• 6.2.2 优化结果分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的主要论文
• 附录车架大梁 APDL 程序