火灾下直升飞机平台的结构强度安全评定

摘要

直升飞机在着陆或起飞的时候，若发生事故，一般都会使油箱发生破裂而放出大量的飞机燃油。于是，在直升飞机平台上就会迅速发生强烈的、令人恐惧的火灾。这是一个不容忽视的火灾安全问题。本研究基于火灾下直升飞机平台安全的考虑，运用功能强大的大型通用有限元分析软件ANSYS对火灾下直升飞机平台的温度场和热应力场进行了计算，得出了温度场和热应力场的分布情况。根据模拟分析结果，可以得出在高温火灾下直升飞机平台结构体系的变化情况，找到最大热应力位置，即平台最危险的部位，从而对直升飞机平台在火灾下的结构强度进行了安全评定。主要研究内容包括：
　　 ⑴建立了直升飞机平台的有限元模型，模型中考虑了铝合金材料在高温变化过程中线膨胀系数的非线性，计算了高温火灾作用下直升飞机模拟平台的温度场和热应力场，得到了温度场和热应力场的分布及其随时间的变化规律。
　　 ⑵进行瞬态温度场计算时，成功利用了ANSYS软件中的二维表格型参数对平台甲板各面中随坐标变化的温度边界条件进行加载。
　　 ⑶由于火灾中，直升飞机平台的温度随时间不断变化，采用多载荷步文件法，进行温度随时间变化的非线性瞬态热分析。
　　 ⑷结合压力容器分析设计的强度标准，利用第三强度理论对火灾下直升飞机平台进行结构强度安全评定。对直升飞机平台的结构防火安全设计、灭火与救援、火灾应急预案制定等方面具有一定的应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 本论文研究工作的目的及意义

1.3 热应力和热弹性理论概述

1.3.1 热应力概述

1.3.2 热弹性理论概述

1.4 本论文的研究内容

第二章 直升飞机平台火灾试验介绍

2.1 试验背景资料说明

2.1.1 试验对象与测试装备

2.1.2 试验内容

2.1.3 试验数据结果

2.2 数据处理过程

2.3 本章小结

第三章 直升飞机平台有限元建模

3.1 直升飞机平台的结构和材料特性

3.1.1 直升飞机平台的结构

3.1.2 直升飞机平台的材料特性

3.2 有限元法及ANSYS介绍

3.2.1 有限元法的基本思想

3.2.2 ANSYS软件介绍

3.3 直升飞机平台有限元模型的建立

3.3.1 有限元建模的基本原则

3.3.2 几何模型的建立

3.3.3 单元类型的选择

3.3.4 直升飞机平台有限元网格的划分

3.4 本章小结

第四章 火灾下直升飞机平台的温度场分析

4.1 概述

4.2 单元类型及材料属性设置

4.3 温度场边界条件的确定

4.3.1 问题的提出

4.3.2 数组参数的类型

4.3.3 获得温度矩阵

4.3.4 定义表格型参数

4.4 载荷步设置与求解

4.4.1 定义载荷步选项

4.4.2 设置时间步的策略

4.4.3 求解

4.5 瞬态温度场后处理及分析

4.5.1 ANSYS后处理器

4.5.2 直升飞机平台的温度场结果及分析

4.6 本章小结

第五章 火灾下直升飞机平台的应力场分析

5.1 概述

5.2 ANSYS中的热-力耦合分析

5.3 应力场的有限元计算

5.3.1 单元类型转换与材料属性设置

5.3.2 应力场的边界条件

5.3.3 载荷的施加及载荷步的设置

5.3.4 求解

5.4 瞬态热应力的计算结果及分析

5.5 本章小结

第六章 火灾下直升飞机平台的结构强度评定

6.1 强度标准

6.1.1 应力分类

6.1.2 应力强度的限制

6.2 Shell单元应力线性化计算方法

6.3 应力结果及强度评定

6.4 强度评定补充说明

6.5 本章小结

总结与探讨

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢