重型直升机旋翼桨叶加筋薄壁结构设计

摘要

加筋薄壁结构是指用一系列沿纵向、横向及任意角度布置的加强筋对薄壁进行加强的结构。这种结构不仅具有良好的抗破坏、分层及裂纹扩展的能力,更重要的是具有较高的刚度质量比。在航空航天领域,加筋薄壁结构虽然已经广泛地应用于机身结构、机翼及航天飞行器等方面,但是在旋翼桨叶结构中尚未使用。
　　 重型直升机旋翼桨叶尺寸大、桨叶受载严重、刚度质量比要求高,常用的桨叶结构形式已不适用。因此,研究新型的具有较高刚度质量比的桨叶结构形式对发展重型直升机具有重要的意义。根据加筋薄壁结构的优点,本文采用有限元素法研究了将加筋薄壁结构应用于重型直升机旋翼桨叶结构的设计方法。首先,通过采用通用有限元软件Patran,建立了铺层加强、轴向加筋及螺旋加筋的重型直升机旋翼桨叶D型梁的有限元模型；然后,利用Nastran分析解算器,计算了其在轴向、弯曲及扭转载荷作用下的结构响应以获得相应的刚度质量比；最后,对采用不同方式设计的重型直升机旋翼桨叶D型梁的刚度质量比进行了比较分析。研究结果表明,采用加筋的桨叶结构形式,可以提高重型直升机旋翼桨叶的剖面刚度,并获得较高的刚度质量比。

目录

文摘

英文文摘

图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 重型直升机旋翼桨叶结构设计

1.3 加筋薄壁结构

1.4 本文研究内容

第二章 加筋桨叶有限元建模

2.1 有限元法的基本步骤

2.1.1 结构离散

2.1.2 单元分析

2.1.3 整体分析

2.2 重型直升机旋翼桨叶模型的参数选择

2.2.1 模型几何参数的选择

2.2.2 模型材料参数的选择

2.3 桨叶D型梁模型的建立

2.3.1 几何建模

2.3.2 网格划分

2.3.3 载荷及边界条件

2.3.4 材料定义

2.3.5 单元属性加载

2.3.6 重型直升机旋翼桨叶D型梁模型示意图

2.3.7 Nastran分析

2.4 小结

第三章 不加筋及铺层加强D型梁设计分析

3.1 不加筋及铺层加强D型梁设计

3.2 不加筋D型梁分析

3.3 铺层加强D型梁分析

3.4 小结

第四章 轴向加筋D型梁设计分析

4.1 轴向加筋D型梁设计

4.2 加强筋单元特性影响分析

4.3 加筋间距影响分析

4.4 加筋质量影响分析

4.5 加强筋横截面尺寸影响分析

4.6 小结

第五章 螺旋加筋D型梁设计分析

5.1 螺旋加筋D型梁设计

5.2 螺旋角影响分析

5.3 螺距影响分析

5.4 加筋质量影响分析

5.5 加强筋横截面尺寸影响分析

5.6 小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的主要论文及成果

附录