某飞机安全销试验夹具的仿真设计

来源:用户上传      作者: 宗俊达　姚卫星　郭仕贤

　　摘要：
　　为获得满足某飞机安全销应急断离试验要求及相关设计规范的试验夹具，采用MSC Nastran分别对3种设计方案进行强度和刚度仿真分析.考虑材料非线性和多体接触的影响，得到结构类型、尺寸和材料不同的夹具的力学响应，通过对危险部位的强度校核筛选得到符合要求的试验夹具.试验结果表明数值仿真结果准确、可靠，可为同类试验夹具的设计提供参考.
　　关键词：
　　安全销； 试验夹具； 应急断离； 多体接触； 强度校核； 有限元
　　中图分类号： V262.36； TH122
　　文献标志码： B
　　0引言
　　近年来，随着CAE技术的飞速发展，数值仿真方法已越来越多地应用到试验夹具的设计研究中.试验夹具的设计水平直接关系到是否能快速、正确地进行试验.[1]夹具设计涉及几何、材料和复杂的接触摩擦等非线性问题，很难进行理论分析.[2]传统的夹具设计方法高度依赖经验，通过一轮又一轮的试验来改进设计，设计周期长、设计试制费用高.采用数值仿真方法，设计人员可以在设计过程中发现、解决问题，显著减少对设计经验的依赖，拓展创新空间，提高产品质量和一次投产成功率.[35]
　　SATYANARAYANA等[6]以球面平面和平面平面接触为例，研究夹具与工件接触界面的边界条件设置对工件变形和接触力的影响；张雷雨等[7]利用ANSYS分析夹具结构的强度、刚度和固有频率等，验证某型夹具设计的合理性；李连进等[8]用数值仿真方法模拟钢管空拔过程，研究拔制温度与拔制力之间的关系，为模具结构设计提供理论依据；程来等[9]利用有限元软件对某振动试验夹具进行模态分析和PSD谱分析，得到夹具的动力特性；邹文俊等[10]仿真分析定位基准面的微小变形对定位产生的影响，并在此基础上优化夹具结构，最终确定高精密夹具设计的新方案.
　　本文针对我国某大型飞机襟翼安全销剪切试验夹具的设计要求，采用MSC软件进行多体接触分析，对3种不同结构类型、尺寸参数以及材料的夹具设计方案进行仿真强度校核，从而高效、快捷地实现夹具设计目标.
　　1分析对象
　　在实际结构中，襟翼安全销位于内襟翼支臂前、后段的连接处，以双面剪切形式承受襟翼上的气动载荷传递过来的力，内襟翼支臂和安全销见图1.
　　安全销既要保证在正常服役期间的承载功能，又要保
　　证在承受大于1.05倍极限载荷时能顺利断离，不致损坏蒙皮和油箱.为验证安全销的极限承载能力，需要在精确监控条件下进行多件应急断离试验.这就要求试验夹具在保证单次试验顺利实施的基础上，还要能承受反复多次的使用.因此，安全销静力试验夹具必须保证有足够大的强度和刚度，确保每次试验具有完全相同的加载环境.此外，夹具的结构必须易于拆装，方便试验；为降低生产成本，工序应尽可能简单且尽量避免使用过于昂贵的材料.
　　安全销静力试验夹具主要包括外侧夹具和内侧夹具，安全销应急断离试验加载示意见图2.
　　2夹具设计
　　按照设计要求并根据力学分析和以往的设计经验，初步确定3种夹具设计方案，见表1.由于夹具顶部加载区并非受力危险区域，建模时予以省略.
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