110

Введение

Целью является анализ напряженно-деформированного состояния крыла летательного аппарата класса «воздух-поверхность», спроектированного ранее. Исходными данными послужили геометрические характеристики крыла и нагрузки, действующая на него. Расчет производим в пакете МКЭ Cosmos.

Пакеты COSMOS предназначены для статического и динамического линейного и нелинейного анализа. Предельные возможности пакета в версии 2.0 составляют 64 (128, 256) тысячи узлов, 500 геометрических характеристик.

Реализация расчета сводится к построению твердотельной модели, которая в приложении графического редактора используется для анализа конечноэлементной модели. В основу построения математической модели, используемой в этом пакете, положен метод конечных элементов, идея которого состоит в моделировании реального объекта совокупностью конечных элементов, выполнении условий их сочленения, нагружения, закрепления, анализа НДС такой конечноэлементной модели и оптимизации параметров конструкции.

3.1 Геометрическая модель и параметры консоли крыла

Рисунок 3.1 – Геометрические параметры консоли крыла.

Толщина обшивки– 1 мм.

Толщина стенок лонжеронов: первый – 1 мм, второй – 1,5 мм, третий – 1 мм.

Толщина бортовой нервюры – 2 мм.

Толщина второй и третьей нервюр – 1 мм.

Геометрические параметры поясов лонжеронов:

Первый лонжерон:

Площадь пояса лонжерона – 75 мм².

Моменты инерции пояса лонжерона относительно центральной оси:

I_z= 56,25 мм⁴;

I_y=3906,25 мм⁴.

Ширина пояса лонжерона – 25 мм.

Высота пояса лонжерона – 3 мм.

Второй лонжерон:

Площадь пояса лонжерона – 90 мм²

Моменты инерции пояса лонжерона относительно центральной оси:

I_z=67,5 мм⁴;

I_y=6750 мм⁴.

Ширина пояса лонжерона – 30 мм.

Высота пояса лонжерона – 3 мм.

Третий лонжерон:

Площадь пояса лонжерона – 84 мм².

Моменты инерции пояса лонжерона относительно центральной оси:

I_z= 63 мм⁴;

I_y=5488 мм⁴.

Ширина пояса лонжерона – 28 мм.

Высота пояса лонжерона – 3 мм.

3.2 Физико-механические характеристики материалов консоли крыла

Материал обшивки и стенок лонжеронов – Д16АТ:

E=72 ГПа – модуль упругости;

G=27,7 ГПа – модуль сдвига;

µ=0,3 – коэффициент Пуассона;

=2780 кг/м³ – плотность.

Материал поясов лонжеронов и нервюр – АК4:

E=75 ГПа – модуль упругости;

G=28,8 ГПа – модуль сдвига;

µ=0,3 – коэффициент Пуассона;

=2850 кг/м³ – плотность.

3.3 Нагрузки на крыло

Крылья нагружены:

– давлением 0,0245 МПа по верхней поверxности консоли крыла;

– давлением 0,0123 МПа по нижней поверхности консоли крыла.

3.4 Закрепление крыла

Крыло закреплено по всем перемещениям в узлах поясов лонжеронов и по вертикальным и горизонтальным перемещениям в безмоментныx узлаx.

3.5 Построение геометрической модели

Для построения геометрической модели используются следующие команды:

Geometry → Points → Define – построение точек;

Geometry → Curves → Line with 2 Pts – построение линий по двум точкам;

Geometry → Curves → thru 4 Points – построение линий по четырем точкам;

Geometry → Points → Generation → Symmetry – генерация точек симметрично относительно оси;

Geometry→Contours→Define – построение контуров;

Geometry → Surfaces → Define by 2 Cr – построение поверхностей по двум линиям;

Geometry → Surfaces → Define by 3 Cr – построение поверхностей по трем линиям;

Geometry → Surfaces → Define by 4 Cr – построение поверхностей по четырем линиям;

Geometry →Regions→ Define – построение регионов.

Рисунок 3.2 – Геометрическая модель.

3.6 Задание свойств элементов

PropSets – задание свойств элементов;

PropSets → Element Group – задание типа элементов:

SHELL3 – 3-узловой тонкий оболочечный элемент,

BEAM3D – пространственный балочный элемент.

PropSets → Material Properties – задание свойств материала.

PropSets → Real Constant – задание геометрических характеристик элементов (для элементов типа SHELL3 задается толщина (обшивок, нервюр, стенок лонжеронов), а для BEAM3D – геометрических характеристик сечений поясов лонжеронов (площадь, моменты инерции, ширина и высота)).

3.7 Построение сетки конечных элементов (кэ) на элементах конструкции

Meshing → Auto Mesh → Curves – построение сетки конечных элементов по линиям.

Meshing → Auto Mesh → Surfaces – построение сетки конечных элементов по поверхностям.

Meshing → Auto Mesh → Regions – построение сетки конечных элементов по регионам.

Meshing → Nodes → Merge – слияние узлов.

Meshing → Nodes → Compress – перенумерация узлов.

Рисунок 3.3 – Конечноэлементная модель.

3.8 Закрепление

Loads BC → Structural → Displacement→ Define by Nodes - закрепление по всем перемещениям в узлах поясов лонжеронов и по вертикальным и горизонтальным перемещениям в безмоментныx узлаx.

Рисунок 3.4 – Закрепление модели

3.9 Нагружение

Loads BC→ Structural→ Pressure→Define by Surfaces – нагружение модели давлением по плоскостям.

3.10 Расчет на устойчивость

Analysis  Frequency/Buckling  Buckling Options – задание опций расчета на устойчивость

Analysis  Frequency/Buckling  Run Buckling – запуск на счет расчета на устойчивость.

3.11 Вывод результатов расчета на устойчивость

Results→ Plot→ Animate – построение анимации.

Results→ Plot→ Deformed Shape – построение диаграммы деформированного состояния.