大型水陆两栖飞机起落架疲劳寿命分析与优化

姜成杰，许锋

(南京航空航天大学 航空宇航学院，江苏 南京210016)

    以疲劳寿命分析理论成果为指导，对大型水陆两栖飞机主起落架进行疲劳寿命计算分析与结构优化研究。通过Hypermesh进行模型有限元前处理，在NASTRAN中计算应力分布结果，利用NcodeDesignlife研究起落架整体结构件疲劳寿命；通过LMS Virtual.Lab建立前起落架刚柔耦合模型，得到各个零部件连接部位节点力，从而完成对各个零部件的独立建模分析计算；基于疲劳寿命的结构优化技术，以Optistruct为工具对起落架疲劳寿命薄弱部位进行形状优化，使得疲劳寿命进一步提高。

    大型水陆两栖飞机起落架结构不同于传统的陆上飞机，其受淡水、海水腐蚀严重，加之结构是单传力路径的特点，降低了起落架的可靠性［1］。主起落架大部分零件采用高强度合金钢，其疲劳特性较差［2］。由于经济性制约，起落架的设计追求结构质量轻、承载能力强。目前疲劳试验依旧是获得飞机起落架疲劳寿命最可靠的方法，但是长周期、高费用的缺点使试验测量的方法受到各种限制。随着疲劳理论及计算机技术不断发展，通过计算机疲劳分析软件计算疲劳寿命，研究其疲劳性能，不仅可以预测疲劳寿命，还可以为疲劳试验节省大量费用。因此通过基于疲劳寿命的结构优化，克服传统结构设计的固有缺点［3-4］，使起落架拥有长寿命、高可靠性的优点，为起落架结构优化提供了切实有效的工程应用方法。

1研究内容和思路

    为提高起落架模型的计算精度，通过刚柔耦合建模读取节点力数值［5］，在对整体结构件建立有限元模型的基础上，对主起落架零部件逐一建立更高精度的有限元模型，得出各个零部件疲劳寿命数值及其分布云图。通过专业的结构优化软件，对主起落架关键结构件进行形状优化研究，优化疲劳寿命薄弱部位结构形状，为基于疲劳寿命的结构优化工作提供切实有效的方法。该方法流程图如图1所示。

图1起落架疲劳寿命分析与优化研究流程

2主起落架疲劳寿命计算分析

2.1起落架刚柔耦合建模分析

    本文利用LMS Virtual.Lab建立起落架多体动力学模型［6］，通过刚柔耦合建模仿真分析，在超静定方程组中，引入了变形协调方程，得出在单位工况下的起落架各个零部件节点力数值表。LMS Virtual.Lab刚柔耦合分析计算中引入结构动力学的模态综合技术，将一个个柔性化后的零部件作为一个个子结构，通过采用改进后的Craig-Bampton修正方法［7］描述柔性零部件，在保证精度的同时达到了很高的效率。改进后的Craig-Bampton修正方法推导出来的物理坐标为:

u=φp=φ［n1…ns］(q1qs)=［φ1…φs］(q1qs)=φq（1）

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作者简介：姜成杰（1989—），男，江苏淮安人，南京航空航天大学硕士研究生，主要研究方向为结构强度计算及疲劳分析。
（文章来源《机械设计与制造工程》如需详细资料请联系江苏机械门户网025-83726289）