国际创新研究期刊》的研究在科学、工程和技术
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穆罕默德伊姆兰1,Shabbir Ahmed.R.M2穆罕默德汉尼弗博士3
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应力分析中扮演非常重要的角色在寻找结构组件的安全性和完整性。之前估计的压力有助于找到合适的材料和几何尺寸。甚至优化尺寸可能与压力估计以及安全系数的计算。安全系数表示的安全裕度设计结构表示多少结构过度设计和组件有多安全。起落架是飞机系统中最重要的组件,是观察到的文献多数失败的飞机起落架的结构由于发生故障。在目前的工作,一个起落架cad设计和结构安全分析静态和频谱负载。作为设计的最大载荷加载应用通过RBE3连接轴一端蔓延到轴距。最初的材料铝用于检查强度自重的起落架,静态加载,模态条件和冲击谱加载根据mil标准。结果显示用铝材料更高的应力和变形量。
关键字 |
| 铝起落架优化、结构安全、材料、静态和动态行为 |
介绍 |
| 一个完整的飞机结构是由许多部分。飞机是一个复杂的结构,但一个非常有效的人造飞行器。尽管一些主要组件成为永久的飞机。大多数飞机结构包括机身、机翼、尾翼、起落架、发电厂和推进装置。有许多其他地方。每个组件都有一个或多个特定功能,必须设计,以确保它能够安全地执行这些功能。这些组件的任何小的失败可能会导致灾难性的灾难造成了巨大的生命和财产破坏。如果一部分失败,失败并不一定导致整个飞机。仍然可以为飞机滑行到安全着陆的地方只有在符合空气动力学的形状是retainedstructural完整性。 |
| 飞机的起落架原则支持当停,滑行,起飞或降落。最常见的起落架轮子,但飞机也可以配备浮动水操作,或滑雪板降落在雪地上。起落架就是重压缩荷载作用下一维结构。拖动负载和边荷载作用于起落架。起落架使飞机降落和起飞从地面。指定数量的加载曲线规则书得多为给定类型的飞机起落架设计。其中一些是(1)水平着陆,(2)一个轮子着陆,着陆与弹簧(3)水平,等等。起落架的主要作用是使空气的地面操作工艺。在着陆旨在吸收着陆冲击能量,空气帧的传输最小化。除了静强度,能量吸收是一个重要的设计标准。对小型飞机起落架的唇弹簧类型通常是足以吸收冲击能量。 These are retractable however for heavier aircraft, oleo pneumatic landing gear strut are the normal choice. These are retractable too. Landing gears are normally are generally “safe life” components and are replace many times during the service life of the aircraft. |
| 传统金属材料用于飞机结构铝、钛和钢合金。飞机材料的选择取决于任何考虑,一般可以分为成本和结构性能。成本包括初始材料成本、制造成本和维护成本。关键材料特性相关的维护成本和结构性能很少是单一材料能够提供所需的所有属性在飞机结构的所有组件 |
| 铝合金 |
| 铝合金中起到了主导作用在飞机结构几十年来。他们提供良好的力学性能与低体重。在铝合金中,2024和7075合金可能是最常用的。2024合金(2024 - t3 T42)有良好的断裂韧性和裂纹扩展速度缓慢以及良好的疲劳寿命。后的代码数量为每个铝合金T表明热处理工艺如下表。 |
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| 他们大约10%硬和轻10%,优良的疲劳性能。本文组织如下:部分我给介绍的工作。第二部分给出一个历史对起落架的行为。第三部分给出了一个设计参数如建模、啮合。铝相比,第四部分给出了一个结果列表。最后,第五部分提出结论和功能范围。 |
起落架文献调查 |
| w·百[1]讨论了影响部队在起落架。影响着陆和滑行的影响被认为是,但拖部队已经被排除在外。微分方程及其数值积分显示开发,考虑到非线性油压减震支柱的属性。一种方式显示测量销的尺寸如何确定从给定加载时图。的德国文学评论起落架的影响。 |
| 乔斯林。普里查德[2]讨论了飞机起落架动力学社区面临的问题,尤其是女式衬衣和brake-induced振动。文献调查显示各种分析、测试、建模和模拟的飞机起落架。实验验证和振动特性和brake-induced振动的飞机起落架也报道。 |
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| 与安静涡扇发动机的发展,机身振动已成为一个主要组件的整体振动所产生的飞机着陆的配置。机体减振的研究始于1970年代。 |
| w·t·藤本[3]观察到裂纹生成以下原因在起落架组件。初始损伤的基本原因是损伤由于处理操作,潜在的材料缺陷、机械损伤和裂纹扩展从腐蚀坑。 |
| 等基本见解都获得了由海勒和Dobrzynski[4]表明,在其着陆配置中,飞机产生的噪音水平10 dB高于其巡航配置。最近的研究表明,高扬程设备(襟翼和缝翼)和起落架组件机身振动产生了重要影响。机身振动也高度依赖于飞机的大小。在大容量的情况下飞机,机身噪声是由起落架。的相关性调查起落架振动因此强调当前趋势的飞机制造商设计如空客A380超大号飞机。詹姆斯·n·丹尼尔斯[5]提出了建模和模拟起落架系统的一种方法。具体地说,一个a - 6入侵者的非线性模型主要齿轮是发达,对静态和动态模拟和验证测试数据。 |
| Dobrzynski布赫兹[6],气动振动本质上是宽带。此外,噪音水平的1/3倍频程带几乎是常数从低频到几千赫兹。留出大约十年后,机体振动恢复了1990年代的兴趣。1993年10月,美国国家航空航天局开始主要的降噪方案,AST(亚音速先进技术)。这个项目旨在开发技术来确保美国航空业将做好准备,以满足日益增长的交通量需求放在航空系统和安全要求。AST计划呼吁10 EPNL dB(有效感知噪声水平)超过1992技术。 |
| 跟着Besselink[7]讨论了振动相关问题在起落架的设计。他观察到,起落架的女式衬衣是潜在的危险,并可能导致严重损坏飞机。因此,它应该是一个重要的考虑因素在起落架的设计。经验表明,很难可靠地从实验室或飞行测试演示振动稳定性。因此多努力放在计算机仿真模型的发展,使可靠稳定性预测和控制振动的机理来理解。主起落架的振动稳定性是许多设计变量的函数,包括轮胎的动态行为和起落架结构。振动稳定性的解析表达式,可以派生后轮系统侧的灵活性的支持。基本上两个稳定区域存在:第一区域小负面线索结合低偏航刚度,横向刚度高。第二个领域大积极跟踪结合高偏航刚度、横向刚度低。 |
| 斯托克和森[8]调查了波音777机身振动,使用6.3%和26%剂量模型。详细的高升力系统和起落架(低和高保真)是安装在半翼展26%剂量的波音777。起落架的存在,指出皮瓣交互的测试。也表明,差异之间存在之间的低和高保真模型和飞行和风洞测试。虽然起落架噪声出现在三个尺度,使用更高层次的忠诚的事实产生更多的声音在更高的频率,这是在协议与先前的调查。 |
| 塔多兹•卡维基和约普[9]起落架动力学进行了数值模拟。在他的观察每种类型的飞机需要一个独特的起落架有一种特殊的结构系统,可以完成与每架飞机需求所描述的独特特征。在着陆的平原起初主齿轮在两个点次达阵,然后几秒钟后,前轮的轮胎接触地面。地面反应作用于结构上的起落架传播。当飞机降落时,影响传播的力量从轮胎到轴。在他的论文中,他讨论了用于静态分析的方法,并给出了数学模型,它允许确定起落架的动态特性。动态分析是很重要的,由于振动的振动在起飞期间,可能导致崩溃的飞机。 |
| Urbah[10]讨论了关于疲劳试验和残余应力形成的起落架。不同种类的疲劳试验是必要的继续老化飞机的生活。中程飞机起落架的功能测试将在他的文章中讨论。首先,疲劳测试和循环荷载加载,这行为标准类型的飞行期间,完成。然后用了不同残余强度测试静态加载进行了:轴梁扭转,刹车在降落和着陆重量和运行。声发射(AE)和超声波方法被用来检查疲劳裂纹萌生和发展。然后他们而断裂分析的结果。高AE起始的分析方法的有效性和疲劳故障的早期发展过程中循环荷载和残余强度测试。 |
| Amit Goyal[11]发表了一篇有关光起落架的设计。在开发阶段,进行了严格的非线性应力和屈曲分析的部分。有限元分析软件ANSYS 5.7被用于起落架设计重量轻的目的。各种实验使用加载和取向的不同组合。他说,最重要的特性的分析可能是屈曲的厚度和方向优化,压力和不同的失效准则。他说,材料用于生产主起落架应该有高弹性应变能的存储容量。所需的主起落架的特点是强度高、重量轻、中等硬度和高弹性应变能的存储容量。他的起落架的功能是吸收动能的垂直速度着陆。下沉速度仅限于3 m / s,着陆“g”允许最多3 g,最大垂直重量是560公斤。他说,起落架应该能够采取90%的飞机的重量而站,至少沉没3米/秒的速度应该可以起飞重量的80%。 He consider the landing gear as a thin curved shell element and the bending theory which includes the effect of bending . rupture dimples and quasi-cleavage surfaces characteristic of overload failure. |
问题定义和有限元模型的发展 |
| 问题定义 |
| 计算机辅助设计和分析起落架的无人驾驶飞行器进行测试。需要检查起落架结构安全静态和冲击谱载荷。这些目标包括 |
| (一)计算机辅助设计的起落架 |
| (b)起落架的静态和动态分析。 |
| 三维几何模型 |
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| 图4.1显示了起落架使用Catia软件三维造型。这两个组件分别代表。 |
| 材料规格: |
| 材料:T7075-T6(铝合金) |
| -密度= 2850公斤/立方米 |
| -屈服强度= 490牛/平方毫米 |
| ——容许应力= 392牛/平方毫米 |
| 起落架载荷(设计加载) |
| -提升载荷- 1000 n |
| -拖动负载- 450 n |
| -边荷载- 260 n |
| ——扭转载荷-20000 n-mm |
| 网状图 |
| 是网状结构使用Hypermesh质量好的网格。荷载传递的RBE元素定义。耦合约束和梁元素是用于连接成员。 |
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| 造型铝肋,中期表面提取主要板和壳是网状。梁元素是用来连接主轴与主板通过RBE3元素。RBE3元素质量连接完成的模拟载荷作用于起落架轮。中期表面提供了更好的结果相比,三维网格由于较小的厚度相对于其他维度。一般薄结构,转动变形也扮演重要的角色在增加压力的成员被忽视的三维啮合。三维元素受到旋转自由度的转动位移或没有表示其位移函数。 |
| 假设: |
| 1。假定材料的弹性和同质 |
| 2。在弹性分析进行了限制 |
| 3所示。固体和壳概念应用进行分析 |
| 4所示。所有近似应用有限元法适用于分析 |
| 5。RBE3元素用于荷载传递。 |
结果和讨论 |
| 静态分析结果 |
| 分析进行了静态加载和结果提出了位移和vonmises压力。Vonmises应力理论的主要理论未能找到组件的失败或安全系数的问题。 |
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| 图5.1:显示应用边界条件的问题。负载值也显示。平移部队在牛顿和扭矩在N-mm表示。颜色代码是用于表示边界条件的问题。起落架的顶尖孔限制在所有的方向。轮结束通过RBE3元素应用的负载。 |
| 图5.3:显示发达vonmises应力结构。最大vonmises应力约为353 n /平方毫米。的应力小于材料的屈服应力。因此给定负荷结构是安全的。但不安全因素可以观察到从材料的屈服点440 mpa。Vonmises是最好的断裂理论应用于塑性材料。 |
| 图5.4:显示了结构位移。最大位移约22毫米(0.022米)。最大位移发生在加载区域。应用加载轮轴组件的地区。状态栏显示的位移变化问题通过颜色代码。 |
| 图5.5:显示最大vonmises应力83.1457 N /平方毫米的轴组件由于加载。结果显示的安全问题。最大应力发生在成员之间的连接区域。 |
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| 图5.6:显示最大vonmises应力约为3.44 mpa。这些压力结构的屈服应力要小得多。最大应力发生在曲率轮轴连接。 |
| 图5.7:显示1毫米(0.001米)的最大挠度由于起落架的自重。最大挠度是观察到轮结束。 |
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| 模态频率提取10频率。所需的模态频率计算模态光谱振动的合成效果。相对应的初始15.6赫兹的频率是每分钟936转的速度。这个速度结构,表明共振条件兴奋936 rpm的航空器。 |
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| 上面的模式形状对应于不同的系统的模态频率。一般模式形状是不可预测的,并不是唯一的。但是它显示较弱的方向的问题当兴奋在共振频率,并帮助设计的支持。通常模式形状的纵向、横向、扭转和混合模式。 |
| 冲击谱结果: |
| 进行了分析发现冲击谱的影响作为飞机结构mil标准规定。给出了冲击荷载的锯齿加载一段时间0.015秒的差距。 |
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| 图5.9:显示输入负载冲击加载的起落架。加载指定为0 f 30石头的峰值负载分析没有阻尼。站在这个负载的结构应该没有失败起落架的正常运行。 |
| 图5.10:显示结果18.73毫米(0.01873米)的最大位移发生由于冲击谱载荷。最大位移发生在轴的一端。这是由于悬臂的支持。状态栏显示不同结构的位移。 |
| 图5.11:显示了光谱响应的起落架由于给定的频谱负载。最大应力为73.1 mpa可观测到的问题。 |
| 图5.12:显示了起落架由于冲击载荷的响应。图显示最大响应发生在0.015秒。 |
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讨论 |
| 起落架飞机操作是一个重要的组成部分。近60%的飞机起落架故障有关的问题。在目前的工作,一个起落架结构安全给定设计负荷的分析和比较不同的材料。最初起落架建模使用给定维度,后来网状使用Catia软件Hypermesh对优质元素会给更好的结果。后,网状模型导入Ansys进行分析。初始结构分析显示了给定负载结构的安全。几乎357 Mpa的压力正在开发结构。但这440 mpa的压力小于屈服应力。还自重分析分析结果显示非常少(3.4 mpa)压力和1毫米的偏转。冲击载荷分析根据mil标准检查结构安全。 The results shows 73.1Mpa stress in the structure along with a high deflection. Further composite replacement is done to check the strucrturla safety. |
结论和功能范围 |
| 分析了起落架结构完整性和冲击谱的负载。项目的整体总结如下。 |
| 最初的几何使用Catia软件建立所需的尺寸。hypermesh的几何是进口优质啮合(hypermesh有着更好的选择保持长宽比,倾斜角度,弯曲和雅可比矩阵)。通常解决方案的准确性取决于网格的质量。还在Hypermesh四面体元素是可以避免的。最初的静态结构分析进行了极端载荷挠度和vomises发展。359 Mpa的结果显示最大应力发展的容许应力小于440 Mpa。进一步冲击谱分析进行了模态分析的第一步。总共10获得模态频率需要寻找共振条件。光谱的分析结果显示,89 mpa的压力发展相应的最大响应时间。进行进一步分析与复合材料相同的静态、模态和冲击谱分析。 The results shows higher strength of composite material compared to conventional aluminium material. All the results are presented with necessary graphs and pictures. |
进一步的范围 |
| •起落架可以分析非线性负载 |
| •可能影响热负荷可以被认为是由于不同材料的膨胀系数。 |
| •阻尼效应可以被认为是进一步优化 |
| •可能干涉效应可以考虑起落架的疲劳寿命。 |
| •在FAR23和Mil标准规定的其他负载情况下也可以研究了结构安全。 |
承认 |
| 我想表达我真诚的感谢我的父母,亲爱的校长,主管部门和我的动态指导,没有他们的支持和祈祷,它将不可能完成这个项目。最后但并非最不重要,我要感谢我的同学和朋友给我提供了宝贵的建议来改善我的项目。 |
引用 |
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