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機翼接頭是連接機身與機翼的部件，通過一系列螺栓連接把機翼荷載傳遞到機身上去，它是飛機中重要的傳力構(gòu)件。從受力角度看，機翼、機身和尾翼是飛機最重要的三部分，而且在飛機結(jié)構(gòu)中，連接件所占的比重較大，疲勞破壞也經(jīng)常發(fā)生在連接部位。從飛機的安全角度來講，機翼接頭的強度校核就顯得尤其重要。研究的接頭是簸其形高強度受拉對接接頭，作用在接頭上的荷載有水平拉力和彎矩兩種，接頭主要承受水平拉力荷載，彎矩影響較小，所以只在水平拉力下對接頭進(jìn)行深入研究。ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元分析軟件，具有強大而廣泛的分析功能，可以減少或避免物理測試過程，通過計算機模擬各種工況下結(jié)構(gòu)的工作狀況，準(zhǔn)確地計算其變形和應(yīng)力，使產(chǎn)品在設(shè)計階段就對其各項性能進(jìn)行評估，及早發(fā)現(xiàn)并及時改進(jìn)設(shè)計上存在的問題，可用APDL參數(shù)化設(shè)計語言建立結(jié)構(gòu)的有限元計算模型，該程序具有良好的開放性和可調(diào)性，只要改變設(shè)計參數(shù)就能改變設(shè)計模型，極大地減少了設(shè)計人員的勞動強度，同時大大縮短了設(shè)計研發(fā)周期。利用ANSYS中的APDL(參數(shù)化設(shè)計語言)建立有限元模型并進(jìn)行強度分析，得出應(yīng)力分布規(guī)律，提出合理的模型，為接頭的設(shè)計提供理論依據(jù)。
機翼接頭是由底板、橫肋、縱肋、側(cè)肋、固支端等部分組成，如圖所示。用薄板模擬飛機機翼的蒙皮和長析，接頭和機翼是由一組高強度螺栓聯(lián)接的。計算模型，如圖所示。用上、下兩個同樣規(guī)格的接頭夾住蒙皮和長析模擬件，即接頭采用對稱布置，并用一組螺栓把三者連接在一起，為了避免在施加拉力過程中由于偏心荷載產(chǎn)生附加彎矩和附加應(yīng)力，在上、下接頭的固支端面施加固定約束條件，在模擬件的最外端施加400KN的水平拉力。螺栓孔的應(yīng)力集中和底板的強度是研究重點。為了研究孔邊應(yīng)力集中，在有限元模型中，采用接觸單元targe170和conta174設(shè)置接觸對約束模擬螺栓與螺栓孔的相互作用，為了提高接觸的模擬精度，螺栓孔周圍采用映射網(wǎng)格劃分，格網(wǎng)劃分要細(xì)；接頭的其它地方用自由網(wǎng)格劃分。用SOLID95和SOLID92號實體單元建立模型，共106457個實體單元。
接頭和蒙皮模擬件用硬鋁合金材料，彈性模量是70GPa，強度極限是560MPa，螺栓用合金鋼材料，彈性模量是210GPa，強度極限是1700MPa。分別對八種不同工況進(jìn)行了計算和分析：(1)按光彈性試驗的實際模型尺寸和材料計算，接觸地方全部設(shè)置接觸對約束，螺栓施加10000N的預(yù)緊力；②不施加螺栓預(yù)緊力，其它同工況一；(3)給螺栓施加15000N的預(yù)緊力，其它同工況一；(4)螺栓和螺栓孔過盈裝配，過盈量為0.02mm，其它同工況一；(5)過盈量為0.04mm，其它同工況一；(6)把接頭材料改為合金鋼，其余同工況一；(7)固支端部的厚度減小10mm，其余同工況一；(8)在工況一的基礎(chǔ)上，把螺栓和螺栓孔的半徑增大。
有限元模型建立后，在求解器中進(jìn)行各個工況下的計算仿真，然后通過ANSYS的后處理器模塊可以提取模型的計算值，也可以用云圖顯示模型的應(yīng)力圖和位移圖等。接頭主要受拉壓力作用，可以通過ANSYS后處理器(CPOSTl)中的第一主應(yīng)力、第三主應(yīng)力和VonMises應(yīng)力來判斷它是否滿足的強度要求。其中第一主應(yīng)力的情況最主要，因為第一主應(yīng)力反應(yīng)地是拉應(yīng)力情況，拉應(yīng)力會加劇裂紋的擴展，對接頭的安全使用影響很大。從第一主應(yīng)力云圖來看，接頭的前端表面主要受壓，后端表面主要受拉；從VonMises云圖來看，接頭兩端的螺栓孔周圍應(yīng)力集中比較大，中間部分的螺栓孔周圍應(yīng)力水平較低，說明接頭的兩端連接螺栓上分配的荷載最大，中間部分的螺栓上分配的荷載最小，這符合接頭的的各個連接螺栓的荷載分配規(guī)律。最大VonMises等效應(yīng)力是491.66MPa，小于材料的屈服強度。
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