民机机身舱段适坠性仿真分析研究

论文摘要

随着民用航空事业的迅速发展,航空领域的竞争逐渐白热化。相对于飞机的飞行性能而言,乘客们更加关心飞机的安全可靠性。为了确保乘员在可生存事故中存活,结构必须具备适坠特性,以充分吸收坠撞动能,使坠撞过程载荷在人体可承受范围之内,因此民用飞机的适坠性研究近年来得到了各航空大国越来越多的重视。飞行器抗坠毁性能(耐撞性)是指在发生意外坠撞,并仍然有可生存潜力的事故时,机体及其内部系统使飞行员和乘员免受伤害的能力。本文对三种不同机身舱段(带大开口区域的机身舱段、典型机身舱段、以及复合材料蒙皮机身舱段)的适坠性进行了分析。分析结果表明三种不同的机身舱段均符合适航适坠性的要求。在本文的带大开口区域机身舱段结构中距开口近的一侧加速度响应比另外一侧稍大,外侧的加速度响应比内侧也稍大。三个模型的接触力在刚接触这一瞬间达到最大的值,随后逐步衰减为零。但在典型舱段机身结构和复合材料蒙皮机身舱段的坠撞过程中,由于接触过程中机身下部框的塑性变形超过了材料的最大等效塑性应变会使得机身框断裂。机身框断裂后使得接触力又一次增大达到第二个峰值,第二次峰值之后接触力均衰减为零。带大开口区机身舱段的开口区刚度对座椅加速度影响比较明显,随着刚度的增大,加速度峰值响应有先减小、后趋于平稳、最后又增大的规律;加速度的峰值响应出现的时刻随刚度的增大也变晚;整个机身舱段的变形不断减小,最大变形的出现的时间也减小。复合材料蒙皮机身舱段与金属蒙皮机身舱段相比,座椅的加速度响应峰值要更小,并且响应更加平稳。较小峰值和较平稳的响应,说明如果在满足静强度要求的前提下,复合材料蒙皮比金属蒙皮具有更好的适坠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 国外研究概况
• 1.2.2 国内研究概况
• 1.3 本文研究方法
• 1.4 本文主要内容
• 第二章 飞机结构坠撞数值仿真理论
• 2.1 结构非线性动力学问题概述
• 2.2 非线性瞬态分析有限元概述
• 2.3 MSC.Dytran 的Lagrange 求解器
• 2.4 碰撞过程中的非线性问题
• 2.4.1 材料非线性
• 2.4.2 几何非线性
• 2.4.3 接触非线性
• 2.5 飞机结构坠撞分析建模要点
• 2.5.1 时间步长的确定
• 2.5.2 网格划分的依据
• 2.5.3 单元选择
• 2.5.4 沙漏控制
• 2.6 本章小结
• 第三章 舱段坠撞模型
• 3.1 引言
• 3.2 分析软件与建模方法
• 3.2.1 分析软件
• 3.2.2 建模过程与简化方法
• 3.3 仿真分析模型
• 3.3.1 带货舱门机身舱段模型
• 3.3.2 典型机身舱段模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 带货舱门舱段坠撞仿真
• 4.1 仿真初始条件
• 4.2 带货舱门机身舱段仿真结果与分析
• 4.3 带大开口机身舱段与典型机身舱段响应比较
• 4.4 开口区刚度对适坠性影响
• 4.4.1 开口区刚度对加速度响应的影响
• 4.4.2 开口区刚度对接触变形的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 复合材料蒙皮典型机身舱段坠撞仿真研究
• 5.1 引言
• 5.2 计算模型
• 5.2.1 材料参数
• 5.2.2 失效准则
• 5.2.3 几何模型与初始条件
• 5.3 复合材料蒙皮机身舱段与金属蒙皮机身舱段坠撞特性比较
• 5.3.1 机身框达到最大塑性应变时间
• 5.3.2 接触力与吸能比较
• 5.3.3 加速度响应比较
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表或录用的论文