曲面货舱结构设计分析

王盼乐

【摘 要】民用飞机货舱内饰结构有多种不同形态，为了更大的利用飞机内部空间，货舱结构可采用曲面结构，本文对此种曲面货舱结构进行有限元分析，并与试验结果进行对比，得出现有结构设计是否安全，同时为后续货舱结构的更改提供参考。

【关键词】货舱；曲面结构；设计

0 前言

民用飞机货舱内饰的设计需通过静强度试验来验证对CCAR25.787（a）条款的符合性，并测量货舱内饰在限制载荷试验下的变形量，用于货舱安全性分析。同时，飞机在应急着陆情况下，应保证货物的移动不得损坏货舱周围重要的系统设备及管路，以防产生火灾或爆炸影响应急撤离，所以需要测定货舱内饰在承受CCAR25.561（b）规定的应急着陆载荷情况下的破损情况，用于货舱安全性分析。

本文主要针对货舱内饰结构中曲面货舱结构进行分析，并与试验结果进行对比，为后续结构的验证及改进提供参考。

1 曲面货舱结构

曲面货舱的结构如图1所示，图中曲面部分为柔性内饰结构，后面结构支撑件，曲面结构能增大货舱空间，增加货舱的利用率。

2 有限元模型建立

曲面货舱结构的有限元模型如图2所示，其中在四根横梁两端进行固支，面板与结构铆接，紧固件通过有限元软件中的cweld进行模拟，考虑的工况有：1）气密载荷极限载荷329kg；2）惯性载荷极限载荷1377kg。载荷在曲面柔性结构上均匀分布。

3 曲面货舱分析及试验结果

3.1 气密载荷极限载荷作用

曲面货舱结构的变形及应力分布如图3所示。其最大变形为2.58mm，最大应力为157.7MPa，柔性材料后的支撑角片应力为73MPa。

3.2 惯性载荷极限载荷作用

曲面货舱结构的变形及应力分布如图4所示。其最大变形为7.08mm，最大应力为499.1MPa，柔性材料后的支撑角片应力为292MPa。

3.3 曲面货舱试验结果

曲面货舱地板试验如图5所示，利用沙袋模拟均匀的气密载荷逐渐加载，并测量柔性内饰板的变形，观察周围支撑结构是否有裂纹或紧固件是否断裂。试验结果与有限元分析结果见表1。

通过表1可以看出，有限元分析结果与试验结果基本一致。

4 结论

本文通过对曲面货舱结构进行分析，并对比试验结果，表明现有结构设计安全，同时有限元分析结果与试验结果一致，为后续结构的设计更改提供参考。

【参考文献】

[1]牛春匀.实用飞机结构工程设计[M].北京：航空工业出版社，2008.

[2]Santare MH， Lambros J. Use of Graded Finite Elements to Model the Behavior of Nonhomogeneous Materials[J]. Journal of Applied Mechanics， 2000.

[3]Kim JH，Paulino GH. Isoparametric graded finite elements for nonhomogeneous ieotropic and orthotropic materials[J]. Journal of Applied Mechanics， 2002.

[责任编辑：杨玉洁]