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，而且在飛機結構中，連接件所占的比重較大，疲勞破壞也經常發生在連接部位。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行深入研究。ANSYS軟件是融結構、熱、流體、電磁、聲學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構的工作狀況，準確地計算其變形和應力，使產品在設計階段就對其各項性能進行評估，及早發現并及時改進設計上存在的問題，可用APDL參數化設計語言建立結構的有限元計算模型，該程序具有良好的開放性和可調性，只要改變設計參數就能改變設計模型，極大地減少了設計人員的勞動強度，同時大大縮短了設計研發周期。利用ANSYS中的APDL(參數化設計語言)建立有限元模型并進行強度分析，得出應力分布規律，提出合理的模型，為接頭的設計提供理論依據。
      機翼接頭是由底板、橫肋、縱肋、側肋、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接的。計算模型，如圖所示。用上、下兩個同樣規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生附加彎矩和附加應力，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。螺栓孔的應力集中和底板的強度是研究重點。為了研究孔邊應力集中，在有限元模型中，采用接觸單元targe170和conta174設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格劃分，格網劃分要細；接頭的其它地方用自由網格劃分。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，接觸地方全部設置接觸對約束，螺栓施加10000N的預緊力；②不施加螺栓預緊力，其它同工況一；(3)給螺栓施加15000N的預緊力，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)中的第一主應力、第三主應力和VonMises應力來判斷它是否滿足的強度要求。其中第一主應力的情況最主要，因為第一主應力反應地是拉應力情況，拉應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力集中比較大，中間部分的螺栓孔周圍應力水平較低，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律。最大VonMises等效應力是491.66MPa，小于材料的屈服強度。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司m.yw15777.cn，轉載請注明出處和相關鏈接！