B737飛機(jī)主起落架側(cè)撐桿的有限元分析

朱賀 李希揚(yáng) 強(qiáng)勛

摘要：本文選擇對B737飛機(jī)主起落架的側(cè)撐桿進(jìn)行研究，首先在對側(cè)撐桿進(jìn)行建模的時(shí)候選擇Solidworks軟件建立了適合于有限元分析的簡化模型，將此模型導(dǎo)入ANSYS軟件中，收集相應(yīng)的真實(shí)工況數(shù)據(jù)，進(jìn)行有限元分析。

關(guān)鍵詞：B737；起落架；側(cè)撐桿；有限元分析

隨著當(dāng)代大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸越來越大，起飛重量也隨之增加，這使得大飛機(jī)起落架與中小型飛機(jī)起落架相比在結(jié)構(gòu)柔性、地面載荷、結(jié)構(gòu)布局形式、緩沖性能、疲勞壽命、可靠性、維修性、保障性、減重、降噪和操縱方式等方面都有自身鮮明的特點(diǎn)。

作為飛機(jī)系統(tǒng)一部分的飛機(jī)起落架系統(tǒng)，就像飛機(jī)的“腳”一樣，是飛機(jī)不可或缺的部分，它的正常工作與否對飛機(jī)的安全不容忽視。對民用飛機(jī)而言，起落架系統(tǒng)故障主要會導(dǎo)致航班延誤、取消等影響正點(diǎn)率、飛機(jī)著陸沖出跑道和飛機(jī)中斷起飛等事件，更嚴(yán)重的可能會危及飛行安全。

根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，最近幾十年來，民航飛機(jī)發(fā)生了上千起事故，在這些事故中，由于起落架的原因而導(dǎo)致飛機(jī)事故的次數(shù)就占了百分之三十以上，具體原因主要是結(jié)構(gòu)上的破壞和疲勞斷裂等。所以，對飛機(jī)起落架進(jìn)行強(qiáng)度分析就顯得尤為重要，這樣不僅可以使起落架強(qiáng)度提高，還使得起落架受力更加合理。

1 側(cè)撐桿模型的建立

在有限元建模階段，需要對實(shí)際研究對象進(jìn)行合理的簡化處理，這里的合理性條件包括：如實(shí)的反映結(jié)構(gòu)的幾何形狀，正確的定義各部件的材料屬性，滿足傳力關(guān)系與邊界條件。在有限元分析中需要弄清楚有研究的的重點(diǎn)是什么，哪些地方可以弱化。簡化處理中，要注意許多細(xì)節(jié)：對于幾何形狀的簡化，需要分清哪些局部地方的形狀可以不用考慮，最好避免出現(xiàn)過于不規(guī)則的幾何形狀；其次對物理模型受到的真實(shí)載荷進(jìn)行簡化處理，既要能夠模擬真實(shí)受力，也要便于后續(xù)載荷的施加，分清哪些可以看成是集中載荷，哪些必須使用分布載荷；對于結(jié)構(gòu)的約束如何模擬，需要根據(jù)實(shí)際情況確定是采用固定約束，還是只約束某些自由度；對于結(jié)構(gòu)的材料需要考慮選取什么樣的材料模型進(jìn)行模擬；另外需要根據(jù)單元理論選擇可以描述結(jié)構(gòu)的特性的單元，是選用梁、板還是殼單元，或是其它單元。有限元建立的模型要便于后續(xù)單元劃分，才能建立理想的有限元模型。解決以上這些問題后，也就完成了有限元建模過程。

根據(jù)真實(shí)測得的B737側(cè)撐桿的尺寸數(shù)據(jù)，在solidworks軟件中建立上側(cè)桿、下側(cè)桿和連接件的三維模型并裝配在一起，可以得到如圖1所示的側(cè)撐桿整體的三維模型。

2 有限元分析

將側(cè)撐桿模型導(dǎo)入ANSYS中，設(shè)置材料屬性，各部分采用的選擇的材料都是一樣的，為Titanium Alloy，楊氏模量（9.6E+10Pa），泊松比（0.36），密度（4620Kg/m∧3）。

在飛機(jī)準(zhǔn)備降落的時(shí)候，起落架從起落架艙中伸出，此時(shí)側(cè)撐桿上下兩部分是呈一條直線的，在飛機(jī)著陸過程中上部側(cè)撐桿受力最大的部分是上下三個(gè)耳片和連接在一起的部分。側(cè)撐桿在現(xiàn)實(shí)中受力是非線性的，而在本文中對側(cè)撐桿的研究是在靜力情況下，所以這種情況下就得采用起落架在著陸時(shí)的極限情況，比如重著陸，在這個(gè)前提下所得出的結(jié)果是側(cè)撐桿所能受的最大的應(yīng)力。在查閱資料之后得出B737飛機(jī)極限著陸所能承受的力為506758N，估算飛機(jī)輪胎接地面積大概為120000mm2，根據(jù)壓強(qiáng)計(jì)算公式P=F/S所計(jì)算，在本次研究中對側(cè)撐桿受力最大的三個(gè)部分施加的壓力為6MPa，在這個(gè)載荷下得到的應(yīng)力應(yīng)變云圖如圖所示。

3 結(jié)論

在應(yīng)力圖中我們可以很明顯的看到側(cè)撐桿上下兩部分的三個(gè)耳片已經(jīng)明顯變形，而且圖中已經(jīng)標(biāo)示出了受力極限和受力最小的部位，三個(gè)耳片能承受的最大的壓力為16.402MPa。在這個(gè)極限壓力下我們可以得到應(yīng)變云圖如圖3所示，從圖中左側(cè)數(shù)據(jù)可以看出耳片上變形的部位的位移量為000019796mm/mm。

當(dāng)前設(shè)計(jì)的B737飛機(jī)主起落架側(cè)撐桿的結(jié)構(gòu)，在降落時(shí)的極限工況下能保證起落架結(jié)構(gòu)的安全。

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基金項(xiàng)目：中國民用航空飛行學(xué)院青年科研基金（Q2016112）

作者簡介：朱賀（1991），男，漢族，河南周口人，碩士，助教，研究方向：飛行器制造。