论文部分内容阅读
随着全世界航空工业的发展,模拟飞行器的研发受到了越来越多国家的重视。座椅是模拟飞行器的重要组成部分,所以对座椅的舒适性、强度等方面有很高的要求。本文根据模拟飞行动感座椅装配几何关系,基于非线性接触理论建立了模拟飞行动感座椅的全结构仿真模型,进行了三向同时满负荷加载时动感座椅的全结构瞬态动力学分析,准确预测了座椅上所有组件变形情况和安全裕度;随后根据加速度离心机的工作特点,提出了能实现三向加速度同时加载的座椅强度试验方案,设计并制作了人体模型和相应试验夹具,在转臂式离心机上完成了动感座椅实体的强度校核试验,既验证了结构设计的合理性又验证了全结构仿真分析的准确性;最后还基于拓扑优化方法对关键承力部件进行了轻量化设计。论文的主要研究内容如下所述:(1)模拟飞行动态座椅的全结构仿真建模与分析:针对模拟飞行动感座椅各部件的结构特点和受力情况,采用六面体和四面体单元对CAD模型进行几何清理和精确分网,基于双线性弹塑性材料本构和非线性接触分析理论,建立模拟飞行动感座椅全结构有限元分析模型,并进行了三向同时满负荷加载时动感座椅的全结构瞬态动力学分析,获取了座椅上所有构件的位移场和Von mises等效应力场分布情况,最终结合各构件的屈服强度和等效应力极值,计算出座椅上所有部件安全系数。为模拟飞行动感座椅的强度校核和结构优化研究提供了科学依据和参考。(2)模拟飞行动态座椅强度试验的研究:根据加载要求在大型离心机上通过设计夹具实现座椅在X、Y、Z方向三向同时加载。实际安装夹具、座椅、假人在转臂离心机上并加载,通过记录安装在20个关键零部件的应变片数据来检测试验过程中是否发生变形或破损现象。对比试验结果与仿真结果来验证强度校核的准确性和座椅设计合理性。(3)模拟飞行动态座椅的轻量化设计:然后最后根据强度分析结果针对座椅中安全裕度较大、重量较大的部件进行拓扑优化,选取单元、定义优化区域,提取原模型节点力加载新模型,保证优化时加载的准确性。再进行强度分析验证和CAD设计达到座椅轻量化目的,逐步完善座椅结构优化设计;