飞机结构整机精细化有限元分析.pdf

民用飞机结构强度设计中的整机精细化民用飞机结构强度设计中的整机精细化 有限元技术及应用有限元技术及应用 李三平李三平 博士博士 中国商用飞机责任有限公司中国商用飞机责任有限公司 目录 精细化有限元建模技术 模型的试验验证 精细化有限元技术的工程应用 面临的挑战和我们的解决方案 2 飞机结构的复杂性决定了整机有飞机结构的复杂性决定了整机有 限元简化的高度概括性；限元简化的高度概括性； 大量的模型简化对分析人员的经大量的模型简化对分析人员的经 验提出了很高的要求，也严重地验提出了很高的要求，也严重地 制约了模型的适用范围；制约了模型的适用范围； 非典型结构的有限元简化存在不非典型结构的有限元简化存在不 确定性；确定性； 线性分析难以满足现代高复杂度线性分析难以满足现代高复杂度 结构对高精度分析的要求；结构对高精度分析的要求； 解决出路：精细化有限元分析解决出路：精细化有限元分析/ / 精细化数值仿精细化数值仿真真 精细化有限元建模技术精细化有限元建模技术 模型简化的方法不仅取决于结构模型简化的方法不仅取决于结构 的特点，而且受制于强度校核方的特点，而且受制于强度校核方 法的要求；法的要求； 航空结构有限元分析的特点航空结构有限元分析的特点 全机精细化全机精细化 有限元模型有限元模型 保留结构保留结构 细节特征细节特征 详细全面详细全面 直观的高直观的高 应力部位应力部位 补充补充/ /验证验证 精准的精准的 边界条件边界条件 1 2 3 构建构建COMACCOMAC的三级有限元分析体系的三级有限元分析体系 精细化有限元建模技术精细化有限元建模技术 典型结构有限元简化方法典型结构有限元简化方法 机身加筋板结构 自然网格模型 细化模型 精细模型 精细化有限元建模技术精细化有限元建模技术 自然网格自然网格 细化模型细化模型 精细模型精细模型 节点数节点数 （万）（万） 6 138 1471 花销花销 （人月）（人月） 3 150 40 整机有限元模型整机有限元模型 精细化有限元建模技术精细化有限元建模技术 模型的试验验证模型的试验验证 翼身组合体试验 – 翼身组合体物理试验 – 自然网格虚拟试验 – 细化网格虚拟试验 – 精细网格虚拟试验 模型规模（万） 自然网格 细化网格 精细网格 单元 2.3 72 422 节点 1.0 68 471 数据筛选原则数据筛选原则 – 共筛选出54个重点剖面（机身18，机翼36）进行数据统计，每个剖 面上只取1到3个极值点的应变进行比较，其它片作为低应力区不参 与统计； – 剔除试验数据明显有问题的片； 机身250355工况数据选取36个片 机翼210073工况数据选取41个片 模型的试验验证模型的试验验证 选取机身与机翼54个重点剖面，77个数据采样点，进行统计分析 翼身组合体试验翼身组合体试验分析对比统计分析对比统计 自然网格 细化模型 精细模型 平均误差 20% 15% 10% 误差10% 32% 43% 56% 误差20% 57% 77% 92% 误差30% 81% 90% 100% -80% -60% -40% -20% 0% 20% 40% 60% 80% -6000-4000-20000200040006000 理论值分析误差散点图 自然模型 -80% -60% -40% -20% 0% 20% 40% 60% 80% -6000-4000-20000200040006000 理论值分析误差散点图 细化模型 -80% -60% -40% -20% 0% 20% 40% 60% 80% -6000-4000-20000200040006000 理论值分析误差散点图 精细模型 模型的试验验证模型的试验验证 试验分析结论试验分析结论 1. 1. 刚度刚度： 三个模型都能精确反映结构的整体刚度，与实测位移的误 差都小于5%，且偏保守； 2.2. 应力应变应力应变： 三个模型在重要剖面上都能较好地反映应力变化的趋势， 且在绝大多数情况下，分析结果偏保守； 3.3. 精度：精度： 在与应变片试验数据的比对上，细化模型和精细模型有一 定的精度优势。

细化模型和精细模型有限元建模方法的有效性的到细化模型和精细模型有限元建模方法的有效性的到 了验证 模型的试验验证模型的试验验证 全机静力试验有限元仿真全机静力试验有限元仿真 精细化有限元技术的工程应用精细化有限元技术的工程应用 精细化有限元模型总结精细化有限元模型总结 模型特点： 易于建模、计算精度较高、模型规模大 作用： o 传统有限元分析的重要补充 • 先于试验的模型验证 • 钉力计算 • 突出的稳定性计算能力 • 快速试验故障排查能力 o 直接取代大部分子模型分析； o 承上启下 • 子模型边界条件 • 三级模型的纽带 o 非线性分析的平台 面临的挑战和我们的解决方案面临的挑战和我们的解决方案 面临的挑战和我们的解决方案面临的挑战和我们的解决方案 精细化有限元模型的定位问题 自然网格模型为基础，精细化模型做补充  高性能计算资源的需求  后处理工具的二次开发 o 稳定性分析 o 钉载强度校核  建立经过试验验证的精 细化计算结果的强度应 用理论 面临的挑战和我们的解决方案面临的挑战和我们的解决方案 谢谢 。