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航空机轮轮毂不是简单的板、壳组合,而是一个似壳非壳、似板非板的组合旋转体结构,且承受通过各向异性的弹性体轮胎传来的地面载荷和其他载荷。像机轮轮毂这样的结构和复杂的受力状态,采用经典的弹性理论推出基本方程式来求解应力分布几乎是不可能的;传统的力学使用了一系列有关构件变形状态或应力分布的假设,所得的解答也往往都是近似的。而借助计算机,应用有限元数值计算方法对机轮工作状态进行模拟却是一种行之有效的方法。因此,建立机轮的有限元模型对轮毂进行应力场分析具有重要的意义。
本文以修订《民用运输机机轮和刹车设计耐久性补充准则》提供背景资料为依托,针对LS-129机轮结构的特点,建立了无刹车无内胎机轮的全尺寸有限元分析模型。
本文通过通用有限元程序ANSYS模拟了机轮在实际工作中的各种边界条件和所承受的载荷,并根据轮胎在变形时具有几何非线性和不可压缩等特点将该部分各向异性的弹性材料考虑为各向同性的超弹性材料,计算出轮毂在各种工况下应力场的分布,并与实物电测试验结果作对比,获得了较准确的计算数据,初步验证了轮毂有限元模型的正确性。然后,本文引入了疲劳损伤演化方程,通过一些材料常数的确定,计算出轮毂材料在进入屈服时的载荷循环次数,并使用线性累积损伤理论(Miner理论)估算出了轮毂最不利部位的安全使用寿命,对轮毂做出了安全性评价。
本文就采用有限元分析程序对机轮结构进行分析的基本方法和思路进行系统阐述,并通过引入弹性疲劳损伤演化方程计算机轮轮毂的疲劳寿命。应用有限元程序分析机轮轮毂的应力分布并与试验结果作对比,一方面可用来对新设计的轮毂进行强度、刚度计算,另一方面可以降低结构优化设计的成本,使用计算机对机轮结构进行优化设计成为可能,具有很大的发展潜力。