第 卷 年 第 期 月 航 空 学 报 蔡 言 仲 段 世 慧 飞 机 结 构 强 度 研 究 所 西 安 系 统 是 用 于 全 尺 寸 结 构 静 力 试 验 与 分 析 的 大 型 综 合 系 统 目 的 之 一 就 是 为 保 证 有 限 元 分 析 和 工 程 细 节 分 析 结 果 和 试 验 测 量 结 果 的 一 致 性 和 可 靠 性 对 设 计 厂 所 提 供 的 强 度 校 核 的 有 限 元 模 型 如 何 修 改 后 建 立 用 于 试 验 分 析 的 有 限 元 模 型 进 行 了 论 述 有 限 元 建 模 模 型 修 改 结 构 分 析 建 立 计 算 机 辅 助 结 构 试 验 与 分 析 综 合 系 统 的 根 本 目 的 主 要 是 用 于 研 究 大 型 型 号 试 验 的 测 量 数 据 和 结 构 强 度 分 析 结 果 的 一 致 性 和 可 靠 性 以 及 预 估 破 坏 部 位 和 破 坏 载 荷 因 此 除 对 测 量 结 果 可 靠 性 需 充 分 研 究 之 外 还 对 计 算 模 型 好 坏 提 出 了 更 高 的 要 求 大 家 知 道 在 飞 机 设 计 阶 段 强 度 工 作 者 根 据 载 荷 建 立 了 强 度 校 核 计 算 模 型 但 是 在 进 行 结 构 试 验 时 其 加 载 方 式 支 持 条 件 考 核 区 的 选 定 位 移 与 应 力 测 量 点 材 料 工 艺 上 的 超 差 代 料 初 始 缺 陷 等 因 素 引 起 了 试 验 有 限 元 模 型 和 设 计 阶 段 的 强 度 校 核 模 型 是 有 区 别 的 故 必 须 修 改 设 计 厂 所 提 供 的 强 度 校 核 有 限 元 模 型 以 尽 量 模 拟 结 构 真 实 试 验 受 载 情 况 达 到 测 量 结 果 和 分 析 计 算 结 果 的 一 致 性 原 始 模 型 及 数 据 试 验 有 限 元 模 型 是 在 设 计 单 位 有 限 元 基 础 上 进 行 的 所 以 设 计 厂 所 在 型 号 试 验 时 应 提 供 如 下 文 件 ¹ 型 号 外 型 几 何 数 据 软 盘 形 式 提 供 º 试 验 情 况 任 务 书 及 外 载 数 据» 强 度 分 析 有 限 元 模 型 网 格 及 节 点 坐 标 ¼ 几 何 特 性 和 材 料 特 性 原 始 数 据 ½ 用 于 件 分 析 的 全 部 卡 片 数 据 ¾ 各 种 载 荷 情 况 应 力 位 移 输 出 结 果 在 制 造 过 程 中 的 超 差 代 料 情 况 À 工 艺 缺 陷 检 查 单 及 详 细 记 录 Á 工 程 细 节 分 析 报 告 包 括 失 稳 张 力 场 等 剩 余 强 度 综 合 数 据 有 限 元 分 析 报 告 外 载 计 算 报 告 应 力 位 移 测 量 布 片 图 各 试 验 情 况 总 体 分 布 图 表 结 构 图 纸 收 到 收 到 修 改 稿 软
航 空 学 报 第 卷 试 验 有 限 元 模 型 的 建 立 试 验 有 限 元 模 型 建 立 与 修 改 运 行 见 图 在 试 验 有 限 元 模 型 建 立 时 以 上 述 资 料 为 基 础 对 原 模 型 进 行 修 改 图 系 统 模 型 修 改 运 行 框 图 设 计 厂 所 根 据 试 验 大 纲 确 定 的 试 验 受 载 情 况 发 出 试 验 任 务 但 是 试 验 任 务 书 给 出 的 载 荷 根 据 试 验 设 备 和 加 载 情 况 还 必 须 作 某 些 修 改 系 统 外 载 荷 修 改 计 算 就 是 进 行 这 一 步 工 作 机 身 外 载 荷 修 改 设 计 单 位 在 结 构 强 度 分 析 时 用 工 程 方 法 将 载 荷 分 配 到 有 限 元 节 点 而 试 验 时 是 在 框 左 右 粘 贴 胶 布 带 来 施 加 载 荷 所 以 在 建 立 试 验 有 限 元 模 型 时 必 须 使
第 期 蔡 言 仲 等 试 验 有 限 元 建 模 和 模 型 修 改 用 试 验 时 施 加 的 载 荷 进 行 有 限 元 重 分 析 因 此 对 试 验 任 务 书 给 出 的 载 荷 分 两 步 处 理 第 步 一 般 把 框 站 上 的 载 荷 分 配 到 框 左 右 两 边 由 胶 布 带 实 施 加 载 第 步 在 试 验 有 限 元 重 分 析 时 又 必 须 把 胶 布 带 载 荷 分 配 到 其 附 近 的 有 限 元 节 点 上 去 但 保 持 总 的 载 荷 大 小 方 向 不 变 ¹ 加 在 发 动 机 起 落 架 假 件 上 的 载 荷 也 改 成 加 在 其 假 件 接 头 上 来 承 受 º 设 计 单 位 结 构 分 析 时 简 化 去 掉 了 的 舱 门 口 盖 甚 至 驾 驶 舱 盖 等 试 验 时 照 样 安 装 和 加 载 故 必 须 把 其 校 核 模 型 之 节 点 外 载 也 应 重 新 计 算» 结 构 重 量 假 件 重 量 试 验 加 载 设 备 重 量 应 当 扣 除 其 绕 重 心 不 平 衡 力 矩 应 当 加 力 矩 进 行 消 除 ¼ 在 非 考 核 区 加 不 平 衡 力 保 证 施 加 的 不 平 衡 力 应 不 超 过 此 区 考 核 载 荷 的 机 翼 载 荷 修 改 根 据 设 计 所 提 供 的 试 验 任 务 书 进 行 胶 布 带 布 局 在 加 载 布 局 时 必 须 进 行 下 列 载 荷 等 效 移 动 ¹ 工 艺 分 离 面 上 的 载 荷 º 整 流 包 皮 对 接 缝 上 的 载 荷» 试 验 时 由 于 设 备 等 原 因 无 法 加 载 的 载 荷 ¼ 起 落 架 假 件 等 载 荷 有 些 设 计 厂 家 为 简 化 机 翼 计 算 采 用 前 后 缘 去 掉 只 校 核 其 主 要 承 力 结 构 而 在 试 验 时 整 流 包 皮 前 后 缘 都 按 气 动 载 荷 进 行 试 验 加 载 故 进 行 试 验 有 限 元 分 析 时 必 须 对 其 校 核 有 限 元 模 型 上 载 荷 进 行 修 改 ¹ 试 验 有 限 元 模 型 建 立 时 必 须 增 加 前 后 缘 加 载 节 点 载 荷 º 整 流 包 皮 起 落 架 口 盖 增 加 节 点 载 荷» 其 他 如 起 落 架 假 件 接 头 载 荷 等 ¼ 假 件 结 构 重 量 处 理 等 ½ 平 衡 载 荷 处 理 等 ¾ 在 试 验 过 程 中 或 者 说 在 飞 机 飞 行 中 机 翼 的 变 形 引 起 气 动 压 心 内 移 导 致 弯 矩 改 变 应 考 虑 力 作 用 点 的 变 化 故 在 试 验 过 程 应 调 节 加 载 点 的 载 荷 以 便 模 拟 变 形 影 响 如 果 坐 舱 盖 和 舱 门 在 校 核 有 限 元 模 型 总 体 求 解 分 析 中 去 掉 的 话 应 考 虑 组 合 进 去 或 者 采 用 简 化 的 工 程 结 构 模 拟 其 刚 度 特 性 因 而 增 加 其 节 点 和 元 素 起 落 架 假 件 与 机 身 的 接 头 处 增 加 节 点 如 果 校 核 模 型 未 加 考 虑 的 话 根 据 各 试 验 情 况 的 分 布 图 和 强 度 分 析 报 告 及 云 图 显 示 结 构 的 强 度 考 核 区 根 据 应 力 分 析 情 况 增 加 网 格 节 点 以 便 使 分 析 结 果 尽 量 接 近 测 量 结 果 所 以 在 不 同 加 载 情 况 其 有 限 元 分 析 模 型 是 变 化 的 根 据 试 验 情 况 考 虑 考 核 区 主 要 受 力 结 果 受 载 情 况 主 要 是 拉 压 剪 弯 曲 情 况 来 更 换 有 限 元 元 素 类 型 或 者 调 节 杆 梁 的 当 量 面 积 来 改 变 其 刚 度 如 机 身 机 翼 薄 壁 结 构 其 节 点 坐 标 可 能 在 外 形 表 面 至 长 桁 梁 形 心 之 间 需 进 行 合 理 的 等 效 折 算 和 梁 元 偏 心 考 虑 以 便 使 应 力 分 析 结 果 和 测 量 结 果 接 近 因 测 量 点 位 置 和 有 限 元 元 素 应 力 输 出 不 一 致 时 应 采 用 工 程 插 值 方 法 和 测 量 点 应 力 一 致 机 翼 机 身 在 夹 具 上 进 行 试 验 时 其 约 束 边 界 一 般 和 强 度 校 核 分 析 是 有 差 别 的 所 以 应 按 试 验 时 实 际 情 况 来 约 束 其 边 界 试 验 时 支 撑 夹 具 的 变 形 对 整 个 结 构 变 形 影 响 是 很 大 的 此 时 应 计 算 和 测 量 夹 具 的 变 形 来 修 正 分 析 结 果 和 测 量 结 果 以 达 到 分 析 结 果 和 测 量 结 果 一 致 此 时 也 必 须 对 有 限 元 模 型 进 行 修 改 在 试 验 时 通 过 检 测 发 现 结 构 失 稳 进 入 塑 性 进 入 张 力 场 如 果 和 强 度 分 析 结 果 不 一 致 时 应 进 行 有 限 元 或 工 程 细 节 重 分 析 此 时 根 据 实 际 情 况 对 模 型 进 行 修 改 当 试 验 超 过 以 后 可 能 产 生 铆 钉 脱 落 出 现 裂 纹 长 桁 失 效 等 为 估 计 总 体 破 坏
航 空 学 报 第 卷 又 必 须 用 有 限 元 法 和 工 程 细 节 方 法 对 强 度 进 行 重 分 析 此 时 也 要 对 模 型 进 行 修 改 根 据 超 差 代 料 及 工 艺 缺 陷 和 几 何 尺 寸 实 际 公 差 修 改 模 型 飞 机 结 构 实 际 材 料 及 其 实 际 性 能 数 据 差 别 的 修 改 同 一 种 材 料 不 同 型 材 其 材 料 特 性 也 是 不 同 的 网 格 划 分 中 元 素 奇 异 性 的 检 查 以 及 修 改 模 型 修 改 的 应 用 前 机 身 结 构 理 想 化 为 个 节 点 个 单 元 约 多 个 自 由 度 的 计 算 模 型 见 图 并 把 的 数 据 格 式 转 换 成 系 统 的 数 据 格 式 变 成 个 零 级 子 结 构 个 一 级 子 结 构 首 先 全 部 按 设 计 所 提 供 的 模 型 与 数 据 进 行 运 算 以 考 核 系 统 的 可 靠 性 计 算 表 明 和 用 软 件 计 算 的 结 果 一 致 然 后 按 试 验 要 求 对 其 模 型 和 载 荷 重 新 处 理 计 算 其 后 与 试 验 测 量 结 果 试 验 测 图 前 机 身 有 限 元 应 力 分 析 模 型 图 量 点 为 长 桁 点 蒙 皮 个 应 变 花 框 个 点 驾 驶 窗 骨 架 个 点 进 行 一 致 性 评 估 该 结 构 按 图 模 型 建 立 和 修 改 运 行 框 图 反 复 进 行 了 计 算 和 分 析 原 有 限 元 模 型 作 了 如 下 主 要 修 改 去 掉 了 原 模 型 上 各 节 点 载 荷 按 试 验 时 胶 布 带 上 承 载 重 新 分 配 到 节 点 上 去 窗 门 大 开 口 在 试 验 时 关 上 并 承 受 气 密 载 荷 和 框 载 故 试 验 有 限 元 模 型 时 增 补 当 量 结 构 和 节 点 修 正 了 原 模 型 结 果 的 非 对 称 性 而 增 加 近 似 测 量 结 果 的 对 称 性 见 图 图 图 切 面 应 力 展 开 分 布 图 桁 条 正 应 力 图 切 面 应 力 展 开 分 布 图 桁 条 正 应 力 对 结 构 和 加 载 设 备 固 定 重 量 作 了 扣 除 和 调 整 对 前 起 落 假 件 载 荷 及 固 定 重 量 改 成 加 在 实 际 加 载 位 置 对 根 部 支 持 夹 具 进 行 了 实 际 变 形 测 量 在 分 析 时 按 弹 性 支 持 作 重 分 析 从 而 修 正 位 移 分 析 结 果 保 证 了 与 测 量 结 果 一 致 性 见 图 图
第 期 蔡 言 仲 等 试 验 有 限 元 建 模 和 模 型 修 改 对 约 束 作 了 全 面 检 查 改 正 了 不 合 理 约 束 图 第 试 验 情 况 位 移 图 图 第 试 验 情 况 位 移 图 最 后 评 估 分 部 分 一 部 分 是 对 总 体 位 移 的 评 估 例 如 图 图 从 图 中 可 以 看 出 计 算 曲 线 和 实 测 曲 线 变 化 趋 势 十 分 吻 合 但 在 根 部 的 转 角 不 一 致 考 虑 到 计 算 模 型 根 部 是 按 固 支 假 定 计 算 的 而 实 际 试 验 由 于 根 部 夹 具 存 在 转 角 而 造 成 二 者 不 一 致 进 而 为 消 除 根 部 的 转 角 对 试 验 的 曲 线 进 行 了 修 正 从 图 中 可 看 出 计 算 和 修 改 后 的 试 验 曲 线 从 数 值 和 趋 势 均 十 分 一 致 位 移 一 致 的 结 论 说 明 了 不 论 是 计 算 和 试 验 结 果 在 总 体 上 均 是 正 确 的 而 且 即 使 试 验 结 果 带 有 转 角 的 影 响 由 于 属 于 刚 体 位 移 不 会 影 响 应 力 测 量 结 果 另 一 部 分 是 对 应 力 的 评 估 从 图 图 可 知 长 桁 的 计 算 数 据 和 测 量 数 据 比 较 吻 合 另 外 蒙 皮 上 的 计 算 和 测 量 数 据 其 趋 势 也 是 一 致 的 即 可 以 认 为 从 应 力 数 据 来 看 计 算 结 果 和 试 验 结 果 在 总 体 上 也 是 正 确 的 对 于 长 桁 由 于 是 单 向 应 力 其 符 合 程 度 较 好 对 于 蒙 皮 由 于 是 平 面 应 力 状 态 受 力 较 复 杂 存 在 一 个 如 何 比 较 和 取 什 么 比 较 的 问 题 尚 待 进 一 步 研 究 有 了 正 确 的 试 验 结 果 就 可 以 对 一 些 传 力 结 构 比 较 复 杂 的 区 域 进 行 评 估 找 出 其 不 一 致 的 区 域 范 围 和 原 因 或 者 通 过 细 节 分 析 或 者 通 过 重 新 建 模 或 修 改 模 型 提 高 和 改 进 试 验 技 术 完 善 数 据 处 理 方 法 以 求 计 算 和 试 验 的 吻 合 蔡 言 仲 李 光 权 计 算 机 辅 助 结 构 试 验 分 析 综 合 系 统 总 方 案 科 研 资 料 西 安 飞 机 结 构 强 度 研 究 所 龚 鑫 茂 工 程 细 节 实 时 分 析 方 案 科 研 资 料 西 安 飞 机 结 构 强 度 研 究 所 蔡 言 仲 陈 文 浦 师 自 强 计 算 机 辅 助 试 验 和 分 析 综 合 系 统 简 介 计 算 力 学 学 报 增 刊 ~ 黄 嘉 璜 飞 机 结 构 静 力 试 验 与 分 析 一 致 性 研 究 结 构 强 度 研 究 ~