摘要：Altair公司的HyperWorks软件已广泛地应用于航空工业并已得到认可。在新涡桨支线飞机机身壁板稳定性研究试验中，采用RADIOSS求解器对机身壁板轴压试验进行线性屈曲分析，为试验的设计及屈曲分析提供参考。
关键词：RADIOSS，线性屈曲，机身壁板
概述
新涡桨飞机是全新研制的涡桨支线飞机，机身采用“半硬壳”式结构，壁板作为机身的典型结构之一，属薄壁结构，其稳定性设计至关重要，必须开展机身壁板稳定性试验研究工作，以便积累试验数据。
机身壁板轴压试验属于新涡桨支线飞机壁板稳定性研究试验之一，在试验前需对试验件进行屈曲和后屈曲分析，以检查试验件是否满足试验要求，验证计算方法的准确性，并且得到试验初始加载载荷。
本文以HyperWorks软件为平台对机身壁板轴压试验建立细节有限元模型，采用RADIOSS求解器具对试验仅进行线性屈曲分析，在分析的结果上对试验件设计进行更改，确保试验件设计满足试验要求，同时得到试验件的屈曲临界载荷、屈曲模态以及应力分布供试验参考。
1 试验构型
机身壁板轴压试验件选取机身下壁板结构的一部分，由3个长桁间距，1个典型框距的壁板结构组成，两端适当延长用于夹持，试验件最大尺寸约为640mm*768mm，示意图见图 1。
试验件蒙皮选用材料为2524-T3的化铣蒙皮，框选用材料为7075-T6的普通"Z"形钣金框，长桁选用材料为7150-T77551的机加长桁。试验件按蒙皮厚度、长桁类型、长桁间距分为6种构型，试验件构型见表 1。
图1 轴压试验件结构示意图
表1 轴压试验件构型
|
|
蒙皮
|
长桁
|
框
|
|
构型
|
长度
（L/mm）
|
宽度
（W/mm）
|
半径
（R/mm）
|
厚度
（/mm）
|
类型
|
桁距
（mm）
|
框距
（mm）
|
|
1
|
640
|
669
|
1440
|
1.6/1.0
|
1
|
166
|
530
|
|
2
|
640
|
669
|
1440
|
1.6/1.3
|
1
|
166
|
530
|
|
3
|
640
|
669
|
1440
|
1.6/1.0
|
2
|
166
|
530
|
|
4
|
640
|
669
|
1440
|
1.6/1.3
|
2
|
166
|
530
|
|
5
|
640
|
768
|
1440
|
1.6/1.0
|
1
|
200
|
530
|
|
6
|
640
|
768
|
1440
|
1.6/1.3
|
1
|
200
|
530
|
2 有限元模型
2.1 模型简化原则
使用HyperMesh建立试验件的细节有限元模型，划分有限元模型时单元的长宽比按照1：1的正方形进行，单元数量按照半个波长5-9个。蒙皮、长桁、框、角片均简化为正应力板单元，铆钉简化为Bush单元，Bush单元的刚度按照以下公式进行计算。
其中：
2.2 有限元模型
试验件有限元模型见图 2、图 3。
图2 蒙皮、长桁、框有限元模型
图3 壁板结构有限元模型
2.3 边界约束与载荷
计算时约束试验件一端面节点的六个方向自由度，对另一端面施加4mm的强迫位移（施加强迫位移接近试验的真实加载，防止产生附加弯矩）。
3 计算结果
对六种试验件构型使用RADIOSS求解器进行线性屈曲分析，在线性屈曲分析的基础上得到屈曲时的强迫位移，再以相同的约束进行静力计算，得到屈曲临界载荷和应力。试验件的屈曲云图见图 4-图 6，屈曲临界应力分布云图见图 7-图 9，屈曲临界载荷、应力及位移见表 2。
表2 试验件屈曲时的载荷、位移、应力
|
构型
|
载荷（KN）
|
位移（mm）
|
应力（MPa）
|
|
1
|
35.037
|
0.283
|
33.5
|
|
2
|
47.923
|
0.354
|
40.4
|
|
3
|
30.864
|
0.282
|
34
|
|
4
|
43.197
|
0.355
|
40.8
|
|
5
|
36.930
|
0.27
|
32.5
|
|
6
|
54.550
|
0.329
|
41.6
|
图4 试验件1、2屈曲云图
图5 试验件3、4屈曲云图
图6 试验件5、6屈曲云图
图7 试验件1、2应力云图
图8 试验件3、4应力云图
图9 试验件5、6应力云图
4 总结
采用RADIOSS求解器对机身壁板轴压试验进行线性屈曲分析，通过计算结果可知试验件考核区先于非考核区屈曲，试验件应力分布均匀无应力突变，试验件设计可以满足试验要求。
蒙皮厚度对机身壁板蒙皮压缩屈曲影响较大，长桁类型和长桁间距对机身蒙皮压缩屈曲影响较小。
由于有限元屈曲波长上的数量、连接单元的简化以及蒙皮与长桁之间接触等因素对屈曲计算的精度都有影响，下一步有限元计算结果还需和试验数据进行对比，以验证改进建模方法。
5 参考文献
[1]牛春匀编著.《实用飞机结构设计》.国防工业出版社,1991
[2]HyperWorks.Reference Guide
Buckling Analysis of Fuselage Panel in Compression Test Based On RADIOSS
Liu Wei Yan Jie
Abstract: The HyperWorks from Altair is widely used in aviation industry and gain recognition currently. In the stability test of fuselage panel of new turbo-prop regional aircraft, RADIOSS is used for linear buckling analysis of fuselage panel in compression test, that provides reference for test design and buckling analysis.
Key words: RADIOSS Linear Buckling Fuselage panel
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