客机全场应力场的分析方法研究毕业设计(编辑修改稿)

客机全场应力场的分析方法研究毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

力分析模型，给模型施加位移边界条 件和温度载荷，提交 计算可以得到： 1） 机身中段九个阶段的热应力云图； 2） 客机机身中段热应力的最不利部位。 武汉理工大学毕业论文 5 第 2 章 热应力分析基本原理 温度场计算 计算节点单元列阵的一阶线性常微分方程为： () 式中， 是热容矩阵， 是热传导矩阵， 是温度载荷列阵， 是与时间有关的节点温度列阵，。 在输入相关的热传导，对流等参数，确定了边界条件 后，可以解得节点温度列阵 )(tT。 结构 分析： 结构应力应变关系 （ ） 根据虚功原理： （ ） 可得单元刚度矩阵方程为 : () 将得到的单元刚度矩阵和节点载荷列 阵集成为结构刚度矩阵和结构载荷列阵。 建立整体结构的平衡方程。 （ ） （ ） （ ） 温度应力计算： 假定弹性体内温度变化为 T ，这是后一瞬间的温度减去前一时间的 温度，以升温为正。 如果弹性体均匀受热而且没有受到约束，由于这个变温 T ,体内将发生正应变 T ,其中  是弹性体的线膨胀系数。 在弹性力学中，温度应力问题的基本方程与一般应力分析的差别仅是本构方程不同。 当有变温时，本构方程为： )( 0  D () eDBaD  eTev T FadVe  eeV T FaD B dVBe  e eT GKGK e eTPGPPKaPTKCT  C K P TtTT  /武汉理工大学毕业论文 6 式中 D 为各种问题的弹性矩阵，为总应变向量， 0 为变温引起的自由膨胀应变向量，或者称为初应变向量，它是由变温 T 引起的。 为了方便起见，下面用 T 代替 T。 用（ ）式替换（ ）式，代入（ ）式计算，得到单元方程： （ ） 其中 epF 、 eqF 和 egF 分别是集中力、分布力和体积力引起的单元结点载荷， eTF 为变温引起的单元结点载荷列阵， 当只分析热载荷作用时，公式可以简化为 （ ） 其中， 为 () 以三节点三角形单元为例。 对于平面应力问题，假定薄板厚度为 t，有 () 将上式代入（ ），得到： () 式中 A 为单元面积。 单元内的温度（实际上是变温）分布由下式插值得到： （ ） 式中 iT 、 jT 和 mT 为单元节点温度，插值函数 iN 、 jN 、 mN。 将（ ）式代入（ ）式，通过积分得到： （ ） 将所有的单元温度载荷列阵组集成物体整体温度载荷列阵，引入物体约束条件，解有限元线性代数方程组，得到节点位移。 单元应力可由可由（ ）式求出， 0 由（ ）式给出，式中温度 T 可取为单元形心处的温度。 eTegeqepee FFFFaK  eV TeT dVDBF 0 TT 0110  ee AmmjjiiATeT T d AcbcbcbvAtEtd ATDBF)1(2011mmjjii TNTNTNT mmjjiimjieTcbcbcbTTTvtEF )()1(6eTee FaK eTF武汉理工大学毕业论文 7 第 3 章 飞机热航程条件以及标准气候温度场 热分析模型 模型尺寸 （ m） 图 模型尺寸 建立的计算模型如图 所示。 图 原始模型图 模型分为五个部分： S12（中机身前段）、 S20（中机身中段）、 S31（中机身尾段）、 S70武汉理工大学毕业论文 8 （机翼）、整流罩部分。 环境条件总结 根据对 内、外环境条件的考虑，可以对不同航程条件进行不同阶段划分： 图 航行阶段划分 如上图为热分析的航行阶段划分，具体的分阶段条件考虑见下 表。 S12 前机身 S20 中机身及中央翼 S31 中后机身 S70 外 翼盒 上次分组 Am 6:00 Am 10:00 Am 11:15 Am 12:00 Am 12:10 Am 12:33 Am 19:02 海拔 39000 英尺高空巡航飞行 Am 19:28 Am 12:23 Am 19:33 武汉理工大学毕业论文 9 表 SD 阶段条件布置 阶段 Mission 计算输入安排 时间 1 地面停留  内、外部自然对流，太阳直射（除 PM），太阳反照（仅 SD），地面、天空辐射  外翼盒燃油的传热 6:00~10:00 2 地面停留  APU 组件运行，考虑其对周围结构和环境的辐射、换热 10:00~11:15 3 地面停留  空调系统开启，客舱环境温度固定，舱室间全局、局部通风被考虑  ACP 温度输入控制，对中央翼下周围结构的辐射、换热 11:15~12:00 4 爬升至海拔500 英尺  起落架运行， 机轮及起落架系统的散热，由热通量输入考虑  舱内局部通风，温度由恢复温度确定考虑对流换热 12:00~12:10 5 爬升至海拔22500 英尺 起落架舱门关闭，温度自由考虑 12:10~12:23 6 爬升至海拔39000 英尺 APU 组件开始关闭 12:23~12:33 7 巡航 正常巡航飞行，只在此阶段考虑起落架舱的剩余泄漏通风 12:33~19:02 8 下降至海拔20xx 英尺 飞机进入降落阶段 19:02~19:28 9 下降至降落 起落架舱开启，考虑起落架舱的温度为恢复温度 19:28~19:33 温度场 在建立温度分析模型时 ，与刚度矩阵一样，温度列阵是以节点为单位分布的，每个节点对应一个温度值， 在转换分析模型为结构分析时，这种一一对应关系始终保持。 下图 为结构模型上加载的第一阶段的温度场。 武汉理工大学毕业论文 10 图 结构模型上加载的温度场 在加载温度结果时，采用 FEM 的方式进行，即根据节点的一一对应关系，将温度结果以空间场的形式映射到结构模型上。 温度场加载问题一直是 PATRAN 软件中比较关键且问题较多的问题，具体参考第六章总结部分。 武汉理工大学毕业论文 11 第 4 章 计算模型及相关处理思路 模型处理 图 所示模型为 原始结构分析 模型，在进行热分析时 ，要在结构模型的基础上对网格进行稀疏处理，删除掉一些单元节点，形成热分析模型，如前面的图 所示。 但是节点号不能进行重新排列，从而在进行热应力分析时直接加载温度场结果，完成结构热应力计算。