基于有限元法飞机舱门结构仿真技术摘要：文章对典型飞机舱门结构的有限元仿真技术进行了研究，使用MSC.PATRAN软件建立了典型舱门主承力结构的有限元模型，并用MD.NASTRAN软件进行了计算。文章包括舱门结构简介、主结构受力情况分析、模型简化、载荷和边界条件的施加、各类计算工况的定义与处理方法、特殊单元的原理与应用等。关键词：飞机舱门；有限元；结构仿真技术；PATRAN；模型简化；特殊单元：TM273文献标识码：A：1009-2374(2013)07-1问题提出飞机舱门是飞机上的运动功能部件，它的功能、使用寿命安全性、维修性和可靠性，直接关系到飞机的出勤率和人员及货物的进出安全。若设计太弱，飞机在高空飞行时，可能发生舱门的意外打开，将造成压力舱泄压，同时，严重影响飞行姿态，改变气动特性，严重时还会造成飞机坠落解体；若设计过强，则会导致结构增重，影响飞机的经济性。因此，先进的结构仿真技术应运而生。运用结构仿真技术，可以准确分析结构每一部位的受力大小，从而对结构进行优化设计，既保证了安全性，又减轻了不必要的重量。下面，本文结合一个典型的舱门结构阐述这一技术的应用。2舱门结构简介如图1所示，舱门主承力结构分类及功能如下：（1）一张外蒙皮：用于承受内外压差载荷，并将载荷传递到连接的框、梁上。（2）饭金或机加的框：如图中纵向结构件，承受蒙皮传来的剪力，也可以承受弯矩，并将载荷传递到横梁上。（3）辅框：用于安装机构件，并能在主承力件发生破损时将载荷分散传递。（4）机加的横梁：舱门的重要承力件，主要承受弯曲载荷，通过它将载荷传到挡块。（5）上下端的小梁：增加局部刚度，缓解应力梯度变化，承受边缘蒙皮所受载荷。（6）框、梁连接角片：将断开的框缘条连接起来，保持缘条传力连续，并将载荷传递到梁缘条上。（7）挡块：用于承受整个舱门的载荷，通过接触的机身挡块传递到机身上，实现载荷平衡。（8）导轮：主要用于导引运动，同时还可以像挡块那样承力（视设计要求）。3有限元法介绍有限元法是结构分析的重要手段，冲破了传统工程梁理论采用平剖面假设的束缚，提高了复杂结构应力分析的精度。建立有限元仿真模型是应力分析的基础，要获得接近真实情况的应力分布，必须简化出好的计算模型。使用有限元仿真技术，可以增加产品和工程的可靠性；在产品的设计阶段发现潜在的问题；经过分析计算，优化设计，降低成本；缩短产品投向市场的时间；模拟试验方案，减少试验次数，从而减少试验经费。3.1通用简化原则在采用有限元素法进行结构分析时十分注重模型简化、元素类型选择、元素连接及边界条件模拟等工作，这就要求把工程概念和有限元技术很好地结合起来。经验表明，有限元建模应遵循的一般准则是：构件的取舍不应改变传力路线；网格划分应适应应力梯度的变化，以保证数值解的收敛;元素的选取能代表结构中相应部位的真实应力状态；元素的选取应反映节点位移的真实（连续或不连续）情况；元素的参数应保证刚度等效；边界约束的处理应符合结构真实支持状态；集中质量的应满足质量、质心、惯性矩及惯性积的等效要求；载荷的简化不应跨越主要承力构件。3.2特殊单元简介在舱门有限元建模过程中大部分单元类型都是常用的，如CROD杆元、CQUAD板元、CTRIA3板元和CBAR梁元等。但是也存在一些特殊结构、特殊的受力形式和特殊的研究目的所必须使用的一些特殊单元，主要有BUSH单元、RBE2单元和RBE3单元等。下面就针对这几种特殊单元做一简介。BUSH单元：在给它赋属性之前，它只是一些普通的杆（节点重合，没有长度），但是通过一系列的属性参数定义之后,它就成为了一个联结两个结构的复杂的弹簧-阻尼器系统。BUSH单元有6个不同自由度上的弹簧刚度系数和阻尼系数，它可以传递6个自由度上的载荷。RBE2单元：用来描述非常刚硬的结构。作为一个十分简便的工具，其可将相同的单元刚性地连接在一起。使用RBE2单元时，只能指定一个主节点。RBE3单元：RBE3单元在分配载荷（力和力矩）方面是一个强有力的工具，主要应用于载荷施加、不同类型单元之间的连接。在本文建模中，通过RBE3施加载荷，实现了采用在一个点加载，将载荷传到周围节点上的功能。4建立舱门...