飞机起落架支撑杆强度有限元分析

钱丽丽

【摘 要】本文对某型飞机起落架支撑杆进行了强度分析，利用最快捷的前处理软件ANSA完成所有前处理任务，利用高级非线性有限元分析软件ABAQUS进行强度计算及结果处理，得到了可靠的结果，结果表明强度满足要求，为飞机起落架支撑杆的强度、损伤预测及维护提供了有效的指导依据。

【关键词】有限元分析；强度；起落架；支撑杆；ANSA；ABAQUS

FEM Analysis on Stay bar of an Airplane Landing Gear

QIAN Li-li

（Avic Xian Aircraft Industry （Group） Company，Yanliang Shaanxi 710089， China）

【Abstract】Strength analysis of stay bar of an airplane landing gear be done in this paper， the fastest preprocessor soft ANSA be used to finish all preprocessor work， and advanced nonlinear finite element analysis software ABAQUS be used to calculate strength of model and post-processing. The result shows that the strength is meet the requirement， at the same time provides effective guidance for strength of bar of an airplane landing gear， damage prediction and maintenance.

【Key words】FEA analysis； Strength； Landing gear； Stay bar； ANSA； ABAQUS

0 引言

起落架是飞机起飞和降落过程中的关键部件，而斜支撑杆是连接起落架和机体的关键部件，其作用就是抵抗缓冲支柱传来的一部分载荷，并且相对于支柱外筒约束其对机身的旋转，主要承受轴向载荷，其性能的优劣直接影响着飞机的起飞和着陆安全。国内外也有非常多的学者对起落架斜支撑杆进行了深入的研究，如王小峰[1]等对飞机起落架撑杆结构优化及强度进行了有效的研究，得到了较为合理的撑杆结构。刑颖[4]对飞机起落架撑杆强度进行了有限元分析，并研究了动态载荷向静态载荷的转换，得到了比较好的结果。本文针对某支线飞机的起落架斜支撑杆利用CATIA建立三维模型、利用ANSA进行前处理、利用ABAQUS的静力学方法计算了结构强度，检验其强度的可靠性。

1 模型简化

对起落架斜支撑杆进行分析时重点关注斜支撑杆的受力状态，因此只需要对斜支撑杆进行实体建模，并采用高质量的六面体单元划分网格，其它部件进行等效简化，均采用梁单元（BEAM）代替，梁单元的截面形状根据相关标准进行等效处理，经过等效的起落架从轮轴点传递到四个铰接点的载荷与实验测得载荷进行对比，关键载荷的误差范围可控制在5%之内，说明起落架结构简化合理、传力路径正确。

2 有限元模型建立

2.1 网格划分

通过ANSA软件对起落架模型进行简化，对斜支撑杆划分高质量的全六面体网格模型，对其余部件通过一个的梁单元连接，这种网格组合不仅提高了计算效率，而且能够对斜支撑杆进行精细化研究，而且保证了计算精度。在支撑杆的壁厚比较薄的区域均布置3层以上的高质量六面体单元，单元长宽比控制在3以内，单元类型采用C3D8I，这种非协调的单元增加了修正的位移公式，即使在单元厚度为1层的情况下也能给出非常高精度的分析结果[2]，因此从网格和单元类型的选择上保证了计算结果的准确性，本模型共生成六面体单元44136个。

起落架其余部件采用圆柱截面梁和长方形截面梁模拟，单元类型选择B31单元，这种单元为三维一阶梁单元，能够真实的模拟梁单元的拉、压及弯曲状态，如图 2所示。本模型共生成梁单元17个。

2.2 材料参数

如图 2箭头所指的三个零件为材料1：弹性模量=210000MPa，泊松比=0.3；其余零件为材料2：弹性模量=71000MPa，泊松比=0.3。斜支撑杆的材料为30CrMnSiNi2A，弹性模量=210000MPa，泊松比=0.3屈服强度为1667MPa。

2.3 载荷、连接及边界

1）载荷

根据试验条件，为模型施加试验所加载荷，载荷加载点为起落架轮轴点，共六个方向的载荷，分别为X、Y、Z三个方向的力和三个方向的扭矩，其中力的单位为N，扭矩的单位为N·mm，具体载荷大小及方向见表1所示。共有4个工况，每个工况代表起落架在不同状态下的受力情况，只有CASE1具有侧向力，其余工况都不存在侧向力，加载后的状态如

2）连接

对于斜支撑杆和其相连接的两个零件，采用COUPLING耦合约束将斜支撑杆的铰接孔内表面耦合到相连接的零件梁单元的端点，这样就能保证。由于斜支撑杆的连接形式决定了其不能承受弯矩，因此只耦合x、y、z三个方向的平动自由度，不耦合三方向的转动自由度[3]。连接后的状态如图 3绿色方框所示。

3）边界

约束起落架与机头连接部位的所有平动和转动自由度，其中包括4个连接到侧壁上的铰接点，1个连接到框上的铰接点。约束后的状态如图 3红色椭圆框所示。

完成所有前处理工作后，输出ABAQUS求解inp文件，直接批处理提交计算。

3 分析结果讨论

通过对四种工况下支撑杆进行强度分析，结果表明，在CASE2情况下支撑杆的应力和位移最大，最大应力为1212MPa，最大位移为4.27mm。对照支撑杆的屈服强度计算其安全系数，安全系数=屈服强度/分析应力×100%，安全系数大于1说明强度合格，否则强度不合格。详细结果及安全系数如表 2所示。

4 结论

采用梁单元对起落架模型进行了合理的简化，保留了支撑杆的详细细节。利用ANSA软件对支撑杆进行了全六面体网格划分、梁单元简化、材料定义、边界定义、载荷定义、连接定义等所有前处理工作。

通过ABAQUS对四种工况下的强度进行了分析，结果表明，所有工况下支撑杆的应力均未超屈服强度，因此支撑杆的强度合格。

【参考文献】

[1]王小峰，王永军.飞机起落架撑杆结构优化及有限元分析[J].科学技术与工程，2008，6，8（12）.

[2]庄茁，张帆，岑松，等.ABAQUS非线性有限元分析与实例[M].北京：科学出版社，2005.

[3]石亦平，周玉蓉.ABAQUS有限元分析实例详解[M].北京：机械工业出版社，2006，6.

[4]刑颖.飞机起落架撑杆强度的有限元分析[J].科技视界，2013，01.

[责任编辑：杨玉洁]