无人机机翼肋板裂纹扩展有限元分析

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:skywateren
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机翼是为固定翼航空器提供升力的主要部件,支持其在空中的稳定飞行以及提供必要的操纵力。机翼各部件中存在的微小裂纹,在飞机的使用过程中会不断扩展,最终导致机翼的断裂破坏,严重威胁飞行安全。目前,国内外对无人机机翼的裂纹扩展规律的研究尚不充分,对裂纹在飞行载荷作用下的扩展过程与形式认识不足,因此,开展这方面的研究很有必要。本文以某型号无人机为工程背景,在ABAQUS软件平台的基础上,对机翼肋板在正常飞行载荷作用下初始裂纹的扩展进行了模拟,并对裂纹的扩展轨迹和相关的断裂力学参量的变化规律进行了总结。论文的主要工作有:(1)介绍了断裂力学的基本理论,对ABAQUS计算断裂力学参量的原理和具体实现方法进行了详细的总结。(2)建立机翼的模型,计算机翼在巡航状态下所受到的气动载荷,利用ANSYS的流固耦合功能,得到了机翼的应力分布。确定了机翼肋板中裂纹萌生和发展的位置。(3)基于ABAQUS软件平台,利用PYTHON语言编写了裂纹自动扩展的程序模块。通过具体的算例,表明该程序具有较高的可靠性和计算精度,完全满足实际工程问题的要求。(4)肋板的前缘和肋板与翼梁的连接处,容易萌生裂纹。在这些位置放置初始裂纹,利用编写的程序,对裂纹的扩展进行了仿真。结果表明,裂纹的扩展形态、扩展过程中的应力强度因子和裂纹扩展角的变化规律,与裂纹的位置以及裂纹的初始角度有密切的关系。总体可分为两种情况,一种情况是裂纹沿着初始方向扩展,不发生偏转;另一种情况是裂纹在扩展的初始阶段发生较大的偏转,随后扩展方向基本不再变化。研究工作为无人机的设计提供了可靠的依据。
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