大型飞机货舱地板下部结构吸能特性研究

为了研究大型客机货舱地板下部结构吸能特性,在已开展的3框两跨货舱地板下部结构落重冲击试验基础上,建立了结构的细节有限元模型,开展了坠撞动力学仿真分析。与试验结果对比分析了货舱地板下部结构的变形模式、关键点位移及落重速度变化情况等,并得到了各部件能量吸收情况。研究结果表明:货舱地板下部结构有限元模型总体刚度与试验件基本相同,验证了有限元模型和材料模型的准确性。建立了货舱地板下部结构垂直坠撞工况模型,验证了货舱地板下部结构垂直坠撞与落重冲击工况的等效性。同时建立货舱地板下部结构垂直坠撞俯仰(3°,5°,7°和9°)与滚转(3°,5°,7°和9°)模型,通过变形模式及吸能分析对比,进行了俯仰、滚转对货舱地板下部结构适坠性的影响分析。结果显示,货舱地板下部结构俯仰及滚转对框组件、立柱及横梁变形和吸能有较大的影响。货舱地板下部结构适坠性研究可以为客舱地板下部结构适坠性设计和分析研究提供技术支持。

运输类飞机典型货舱地板下部结构冲击吸能特性

为了研究运输类飞机货舱地板下部结构在冲击载荷作用下的吸能特性,选取三框两段典型货舱地板下部结构试验件开展落重冲击试验,即质量为478.5kg的落重以3.95m/s的速度垂直冲击倒置并固定在测力平台上的试验件,分析试验件失效模式及动态响应,同时建立有限元模型进行仿真与试验结果相关性分析及吸能特性研究。结果显示,在此种工况的冲击载荷作用下,中间支撑件发生由32框面向34框面方向的弯曲,并带动机身框发生同向弯曲和扭转,从而导致C型支撑件发生与中间支撑件相反方向的弯曲变形,并最终在机身框与C型支撑件的连接处形成两处塑性铰;紧固件失效以位于中间支撑件附近区域的长桁和剪切角片连接处的22个扁圆头铆钉发生剪切失效为主;试验初始加速度峰值和初始撞击力峰值分别为25.1g和173kN。仿真与试验获得的结构变形模式吻合较好,仿真获得的最大压缩量与试验结果24.3mm相差3.7%,仿真获得的压板上初始加速度峰值与试验结果25.1g相差4%。通过仿真分析发现机身框和中间支撑件是主要的吸能部件,吸能贡献分别占总吸能的32.1%和30.4%。

大飞机货舱地板下部结构有限元建模与适坠性分析

为了研究大飞机坠撞特性及数值分析方法,选取大飞机货舱地板下部结构为研究对象,建立其有限元模型,实现显式动力学的求解与分析。考察倒置、固支的货舱地板下部结构在200kg落重以7m/s垂直冲击下的结构响应、吸能与失效的动态行为,识别落重冲击过程中结构变形与失效模式、冲击响应特性及能量吸收与耗散机理。仿真结果表明,货舱地板下部结构的机身框组件、支撑件组件是主要吸能结构,冲击能量的吸收主要依靠上述结构的塑性变形与失效,紧固件的吸能贡献仅占1%左右。

大飞机典型货舱下部结构冲击试验及数值模拟

针对大飞机全尺寸三框两段货舱地板下部结构,分别进行3.95 m/s和5.53 m/s的落重冲击试验,对比分析其变形模式和冲击响应特性。建立货舱地板下部结构有限元模型,通过仿真结果与试验结果的相关性分析来验证有限元模型,并进一步分析不同冲击速度对货舱地板下部结构变形模式和冲击响应特性的影响。结果表明:在3.95 m/s冲击下,中间支撑件与机身框连接区域铆钉未发生失效,在5.53 m/s冲击下,中间支撑件与机身框连接区域铆钉发生失效,且最终压缩位移量增大221.0%,最大加速度峰值降低19.9%,最大冲击力峰值降低2.9%。有限元模型能够很好地复现冲击试验过程,准确模拟机身框、中间支撑件及C型支撑件等变形情况,捕捉到中间支撑件与机身框连接区域的铆钉失效情况,在3.95 m/s和5.53 m/s冲击下,仿真与试验获得的最大加速度峰值偏差分别为4%和11.4%。中间支撑件与机身框连接铆钉在4.0~4.5 m/s的速度区间内发生失效,导致货舱地板下部结构整体压缩量迅速增大,中间支撑件吸能占比下降,机身框吸能占比上升。撞击区域铆钉失效对货舱地板下部结构变形模式、冲击响应和吸能特性有显著影响,研究成果可为运输类飞机机身结构适坠性设计、分析及验证提供支持。