汪波

摘 要：鉸鏈支架結(jié)構(gòu)通常以集中力的形式傳遞結(jié)構(gòu)所受的載荷，對鉸鏈支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化、尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化，可使結(jié)構(gòu)在滿足強(qiáng)度、剛度要求的條件下重量達(dá)到較輕的水平。優(yōu)化后的鉸鏈支架結(jié)構(gòu)多為較復(fù)雜的靜不定結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)分析中，由于多余的約束反力及相應(yīng)的變形協(xié)調(diào)條件較多，工程計(jì)算方法較為復(fù)雜，對計(jì)算方法進(jìn)行簡化后難以保證方法的準(zhǔn)確性和可靠性。該文采用有限單元法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，并求出結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布及薄弱剖面的內(nèi)力，對鉸鏈支架靜不定結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度校核工作具有典型意義。

關(guān)鍵詞：靜不定結(jié)構(gòu) 有限單元法 鉸鏈支架

中圖分類號：V229 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0081-02

鉸鏈支架結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，工程計(jì)算方法需要進(jìn)行大量工程簡化，在無法進(jìn)行大量試驗(yàn)驗(yàn)證的情況下，采用有限單元法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可大大節(jié)省分析工作量，加快研發(fā)進(jìn)度，降低研發(fā)成本。有限元模型必須真實(shí)反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)型，材料屬性，載荷傳遞路徑及邊界約束條件，才能保證有限元計(jì)算和分析結(jié)果的正確性。利用PATRAN建立有限元模型，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，定義邊界條件和載荷；利用NASTRAN進(jìn)行加載計(jì)算，求出結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布及薄弱剖面的內(nèi)力并進(jìn)行強(qiáng)度校核。

1 結(jié)構(gòu)簡介

鉸鏈支架結(jié)構(gòu)主要用于結(jié)構(gòu)的安裝和拆卸，通常用來承受較高的集中載荷，因而普遍采用雙剪接頭。優(yōu)化后的鉸鏈支架結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

支架與接頭耳片通過一個(gè)螺栓組連接，集中載荷由接頭耳片通過螺栓組傳遞到支架上。支架和接頭耳片通常采用金屬材料。

坐標(biāo)系原點(diǎn)位于接頭耳片孔中心點(diǎn)，Z軸沿接頭耳片轉(zhuǎn)軸方向，X軸垂直于梁平面，Y軸垂直于XOZ平面。鉸鏈支架結(jié)構(gòu)所承受的集中載荷通常為XY平面內(nèi)的載荷，承受側(cè)向載荷時(shí)，載荷方向沿Z軸方向。

2 有限元模型

根據(jù)鉸鏈支架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和傳力特點(diǎn)，對結(jié)構(gòu)各部位進(jìn)行有限元模型單元選取。鉸鏈支架結(jié)構(gòu)和接頭耳片結(jié)構(gòu)采用三維實(shí)體單元模擬，螺栓采用梁單元模擬。在支架端部施加約束，加載點(diǎn)取在接頭耳片中心處并施加單位載荷，剖面部位定義局部坐標(biāo)系用來選取結(jié)構(gòu)剖面的內(nèi)力。

根據(jù)以上單元和邊界約束條件的選取，建立鉸鏈支架結(jié)構(gòu)有限元模型。

3 結(jié)果分析

式中：P——接頭耳片所受的集中載荷；

α——載荷與X方向的夾角；

A——所選取局部剖面面積；

kx，ky——結(jié)構(gòu)剖面在單位載荷作用下的內(nèi)力，可由有限元模型求出。

根據(jù)板元法求出基本剖面的許用壓損應(yīng)力為[1]：

單個(gè)元素的壓損應(yīng)力為：

式中：c——元素支持系數(shù)，一端自由c=0.565，無自由邊c=1.427；

σcy——緣條的壓縮屈服應(yīng)力；

Ec——緣條的壓縮彈性模量；

bi——第i個(gè)元素的長度；

ti——第i個(gè)元素的厚度；

許用壓損應(yīng)力為：

式中：σcci——長度為bi，厚度為ti的第i個(gè)元素的壓損應(yīng)力；

Ai——第i個(gè)元素的剖面面積；

當(dāng)σtu/σ或σcc/σ>1時(shí)，結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算中，工程計(jì)算方法較為復(fù)雜，簡化后難以保證方法的準(zhǔn)確性和可靠性。采用有限單元法建立細(xì)節(jié)模型，可更快速，準(zhǔn)確的得出結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布和薄弱剖面的內(nèi)力，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核和優(yōu)化設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)更加合理。

參考文獻(xiàn)

[1] 飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊·9·載荷、強(qiáng)度和剛度[M].航空工業(yè)出版社，2001.endprint

摘 要：鉸鏈支架結(jié)構(gòu)通常以集中力的形式傳遞結(jié)構(gòu)所受的載荷，對鉸鏈支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化、尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化，可使結(jié)構(gòu)在滿足強(qiáng)度、剛度要求的條件下重量達(dá)到較輕的水平。優(yōu)化后的鉸鏈支架結(jié)構(gòu)多為較復(fù)雜的靜不定結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)分析中，由于多余的約束反力及相應(yīng)的變形協(xié)調(diào)條件較多，工程計(jì)算方法較為復(fù)雜，對計(jì)算方法進(jìn)行簡化后難以保證方法的準(zhǔn)確性和可靠性。該文采用有限單元法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，并求出結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布及薄弱剖面的內(nèi)力，對鉸鏈支架靜不定結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度校核工作具有典型意義。

關(guān)鍵詞：靜不定結(jié)構(gòu) 有限單元法 鉸鏈支架

中圖分類號：V229 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0081-02

鉸鏈支架結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，工程計(jì)算方法需要進(jìn)行大量工程簡化，在無法進(jìn)行大量試驗(yàn)驗(yàn)證的情況下，采用有限單元法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可大大節(jié)省分析工作量，加快研發(fā)進(jìn)度，降低研發(fā)成本。有限元模型必須真實(shí)反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)型，材料屬性，載荷傳遞路徑及邊界約束條件，才能保證有限元計(jì)算和分析結(jié)果的正確性。利用PATRAN建立有限元模型，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，定義邊界條件和載荷；利用NASTRAN進(jìn)行加載計(jì)算，求出結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布及薄弱剖面的內(nèi)力并進(jìn)行強(qiáng)度校核。

1 結(jié)構(gòu)簡介

鉸鏈支架結(jié)構(gòu)主要用于結(jié)構(gòu)的安裝和拆卸，通常用來承受較高的集中載荷，因而普遍采用雙剪接頭。優(yōu)化后的鉸鏈支架結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

支架與接頭耳片通過一個(gè)螺栓組連接，集中載荷由接頭耳片通過螺栓組傳遞到支架上。支架和接頭耳片通常采用金屬材料。

坐標(biāo)系原點(diǎn)位于接頭耳片孔中心點(diǎn)，Z軸沿接頭耳片轉(zhuǎn)軸方向，X軸垂直于梁平面，Y軸垂直于XOZ平面。鉸鏈支架結(jié)構(gòu)所承受的集中載荷通常為XY平面內(nèi)的載荷，承受側(cè)向載荷時(shí)，載荷方向沿Z軸方向。

2 有限元模型

根據(jù)鉸鏈支架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和傳力特點(diǎn)，對結(jié)構(gòu)各部位進(jìn)行有限元模型單元選取。鉸鏈支架結(jié)構(gòu)和接頭耳片結(jié)構(gòu)采用三維實(shí)體單元模擬，螺栓采用梁單元模擬。在支架端部施加約束，加載點(diǎn)取在接頭耳片中心處并施加單位載荷，剖面部位定義局部坐標(biāo)系用來選取結(jié)構(gòu)剖面的內(nèi)力。

根據(jù)以上單元和邊界約束條件的選取，建立鉸鏈支架結(jié)構(gòu)有限元模型。

3 結(jié)果分析

式中：P——接頭耳片所受的集中載荷；

α——載荷與X方向的夾角；

A——所選取局部剖面面積；

kx，ky——結(jié)構(gòu)剖面在單位載荷作用下的內(nèi)力，可由有限元模型求出。

根據(jù)板元法求出基本剖面的許用壓損應(yīng)力為[1]：

單個(gè)元素的壓損應(yīng)力為：

式中：c——元素支持系數(shù)，一端自由c=0.565，無自由邊c=1.427；

σcy——緣條的壓縮屈服應(yīng)力；

Ec——緣條的壓縮彈性模量；

bi——第i個(gè)元素的長度；

ti——第i個(gè)元素的厚度；

許用壓損應(yīng)力為：

式中：σcci——長度為bi，厚度為ti的第i個(gè)元素的壓損應(yīng)力；

Ai——第i個(gè)元素的剖面面積；

當(dāng)σtu/σ或σcc/σ>1時(shí)，結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算中，工程計(jì)算方法較為復(fù)雜，簡化后難以保證方法的準(zhǔn)確性和可靠性。采用有限單元法建立細(xì)節(jié)模型，可更快速，準(zhǔn)確的得出結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布和薄弱剖面的內(nèi)力，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核和優(yōu)化設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)更加合理。

參考文獻(xiàn)

[1] 飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊·9·載荷、強(qiáng)度和剛度[M].航空工業(yè)出版社，2001.endprint

摘 要：鉸鏈支架結(jié)構(gòu)通常以集中力的形式傳遞結(jié)構(gòu)所受的載荷，對鉸鏈支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化、尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化，可使結(jié)構(gòu)在滿足強(qiáng)度、剛度要求的條件下重量達(dá)到較輕的水平。優(yōu)化后的鉸鏈支架結(jié)構(gòu)多為較復(fù)雜的靜不定結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)分析中，由于多余的約束反力及相應(yīng)的變形協(xié)調(diào)條件較多，工程計(jì)算方法較為復(fù)雜，對計(jì)算方法進(jìn)行簡化后難以保證方法的準(zhǔn)確性和可靠性。該文采用有限單元法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，并求出結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布及薄弱剖面的內(nèi)力，對鉸鏈支架靜不定結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度校核工作具有典型意義。

關(guān)鍵詞：靜不定結(jié)構(gòu) 有限單元法 鉸鏈支架

中圖分類號：V229 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0081-02

鉸鏈支架結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，工程計(jì)算方法需要進(jìn)行大量工程簡化，在無法進(jìn)行大量試驗(yàn)驗(yàn)證的情況下，采用有限單元法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可大大節(jié)省分析工作量，加快研發(fā)進(jìn)度，降低研發(fā)成本。有限元模型必須真實(shí)反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)型，材料屬性，載荷傳遞路徑及邊界約束條件，才能保證有限元計(jì)算和分析結(jié)果的正確性。利用PATRAN建立有限元模型，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，定義邊界條件和載荷；利用NASTRAN進(jìn)行加載計(jì)算，求出結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布及薄弱剖面的內(nèi)力并進(jìn)行強(qiáng)度校核。

1 結(jié)構(gòu)簡介

鉸鏈支架結(jié)構(gòu)主要用于結(jié)構(gòu)的安裝和拆卸，通常用來承受較高的集中載荷，因而普遍采用雙剪接頭。優(yōu)化后的鉸鏈支架結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

支架與接頭耳片通過一個(gè)螺栓組連接，集中載荷由接頭耳片通過螺栓組傳遞到支架上。支架和接頭耳片通常采用金屬材料。

坐標(biāo)系原點(diǎn)位于接頭耳片孔中心點(diǎn)，Z軸沿接頭耳片轉(zhuǎn)軸方向，X軸垂直于梁平面，Y軸垂直于XOZ平面。鉸鏈支架結(jié)構(gòu)所承受的集中載荷通常為XY平面內(nèi)的載荷，承受側(cè)向載荷時(shí)，載荷方向沿Z軸方向。

2 有限元模型

根據(jù)鉸鏈支架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和傳力特點(diǎn)，對結(jié)構(gòu)各部位進(jìn)行有限元模型單元選取。鉸鏈支架結(jié)構(gòu)和接頭耳片結(jié)構(gòu)采用三維實(shí)體單元模擬，螺栓采用梁單元模擬。在支架端部施加約束，加載點(diǎn)取在接頭耳片中心處并施加單位載荷，剖面部位定義局部坐標(biāo)系用來選取結(jié)構(gòu)剖面的內(nèi)力。

根據(jù)以上單元和邊界約束條件的選取，建立鉸鏈支架結(jié)構(gòu)有限元模型。

3 結(jié)果分析

式中：P——接頭耳片所受的集中載荷；

α——載荷與X方向的夾角；

A——所選取局部剖面面積；

kx，ky——結(jié)構(gòu)剖面在單位載荷作用下的內(nèi)力，可由有限元模型求出。

根據(jù)板元法求出基本剖面的許用壓損應(yīng)力為[1]：

單個(gè)元素的壓損應(yīng)力為：

式中：c——元素支持系數(shù)，一端自由c=0.565，無自由邊c=1.427；

σcy——緣條的壓縮屈服應(yīng)力；

Ec——緣條的壓縮彈性模量；

bi——第i個(gè)元素的長度；

ti——第i個(gè)元素的厚度；

許用壓損應(yīng)力為：

式中：σcci——長度為bi，厚度為ti的第i個(gè)元素的壓損應(yīng)力；

Ai——第i個(gè)元素的剖面面積；

當(dāng)σtu/σ或σcc/σ>1時(shí)，結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算中，工程計(jì)算方法較為復(fù)雜，簡化后難以保證方法的準(zhǔn)確性和可靠性。采用有限單元法建立細(xì)節(jié)模型，可更快速，準(zhǔn)確的得出結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布和薄弱剖面的內(nèi)力，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核和優(yōu)化設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)更加合理。

參考文獻(xiàn)

[1] 飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊·9·載荷、強(qiáng)度和剛度[M].航空工業(yè)出版社，2001.endprint