傳力桿研究報(bào)告

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1、基于ABAQUS的機(jī)場(chǎng)剛性道面?zhèn)髁U傳荷性能研究報(bào)告摘要：應(yīng)用冇限元軟件ABAQUS對(duì)Winkler地基上四邊自由塊板在飛機(jī)輪載作用卜?的應(yīng)力和撓度的進(jìn)行了分析，確定了有限元模型應(yīng)采用的單元類型、網(wǎng)格密度和平面尺寸，建立了板■接縫■板剛性道面結(jié)構(gòu)體系3D冇限元模型。通過公式計(jì)算了傳力桿的傳荷能力。關(guān)鍵詞：ABAQUS；有限兀模型；傳力桿；傳荷1研究背景機(jī)場(chǎng)道面結(jié)構(gòu)對(duì)于飛機(jī)輪載作用的力學(xué)響應(yīng)是進(jìn)行道面厚度設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。剛性道而是由板■接縫■基礎(chǔ)組成的3D結(jié)構(gòu)體系，然而現(xiàn)有剛性道面設(shè)計(jì)方法，包括中國(guó)民用機(jī)場(chǎng)剛性道面設(shè)計(jì)方法，美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）剛性道面?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)方法和針對(duì)新

2、一代大型飛機(jī)的設(shè)計(jì)新方法等，采用的結(jié)構(gòu)分析模型都是基于彈性地基板理論或彈性多層體系理論，難以考慮接縫傳荷等因索，存在不少局限性。冇限元法能夠考慮有限尺寸板、接縫傳荷、任意荷載形式、板底的接觸或支承條件，□成為分析道而結(jié)構(gòu)響應(yīng)的主流方法。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都對(duì)有限元法在剛性道面（或路面）結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析中的應(yīng)用進(jìn)行了大量研究，如Tabatabaie^Huang>Guo等基于Winkler地基上的彈性薄板理論，分別采用梁?jiǎn)卧?、彈簧單元、梁及彈簧單元模擬接縫的傳荷作用，開發(fā)了ILLI-SLAB、KENSLABS、JSLAB等剛性路面2D有限元分析程序。然而這些模型大多是基于Winkler

3、地基上彈性薄板理論的2D模型，存在諸多局限性，如不能考慮應(yīng)力沿板厚的分布、混凝土板下的多層基礎(chǔ)體系等。另一方面，機(jī)場(chǎng)剛性道面結(jié)構(gòu)層厚度大，接縫傳荷機(jī)理復(fù)雜，作用的飛機(jī)起落架構(gòu)型復(fù)朵、機(jī)輪多，需要建立更加符合實(shí)際的道面結(jié)構(gòu)冇限元分析模型。為此，木文應(yīng)用ABAQUS大型通用有限元軟件，首先建立Winkler地基上四邊自由的兩塊板，通過采用不同的單元類型，劃分不同的網(wǎng)格密度，選取不同的模型平面尺寸以合理選取這些模型參數(shù)，建立道面板■傳力桿模型，并通過對(duì)比所建模型計(jì)算的接縫傳荷系數(shù)與已有冋歸模型的預(yù)估結(jié)果，驗(yàn)證了模型的合理性。2單元類型、網(wǎng)格密度和平面尺寸2.1單元類型和網(wǎng)格密度道

4、而各結(jié)構(gòu)層都采用六而體實(shí)體單元進(jìn)行模擬。ABAQUS單元類型庫中包含各種類型的三維實(shí)體單元，其基本性質(zhì)見表1。其中,C3D27和C3D27R為變結(jié)點(diǎn)單元，即單元結(jié)點(diǎn)數(shù)可以通過移除或添加體中心及六個(gè)而中心的結(jié)點(diǎn)，使單元結(jié)點(diǎn)數(shù)在21?27的范圍內(nèi)變化。表1三維六面體單元的基本性質(zhì)Tab.1Propertiesof3Dhexahcdralelements單元名稱單元類型結(jié)點(diǎn)數(shù)位移形函數(shù)枳分點(diǎn)數(shù)目存在問題C3D8線性等參單元.完全積分8一階8剪切自鎮(zhèn)C3D8R線性等參單元.域縮積分8一階8沙浴C3D2O二次等參單?元.完全積分20Serendipity二階27彎曲可能出現(xiàn)自鎖C3D

5、2OR二次等參單元.3縮積分20Serendipity二階8不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)恥沙浴問題C3D27二次等參m?元.完全積分21-27Lagrangian二階27彎曲可能出現(xiàn)自檢C3D27R二次等參單?元.*縮積分21~27Lagrangian二階14不會(huì)岀現(xiàn)嚴(yán)匝沙浴問題通過選取表1屮的6種三維實(shí)體單元,每種單元類型劃分4種網(wǎng)格密度，建立總計(jì)24個(gè)冇限元模型進(jìn)行計(jì)算結(jié)果的收斂性分析，以確定最合適的單元類型和網(wǎng)格密度，提高求解精度和縮短計(jì)算時(shí)間。收斂性分析采用的道而結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)見表2o采用的荷載為B767-200主起落架上的一個(gè)輪載，荷載參數(shù)見表3,荷載作用位置為道面板屮，輪印面積簡(jiǎn)

6、化為正方形。荷載參數(shù)見表3,采用的荷載為200KN的輪載，荷載作用位置為道而板屮，輪印而積簡(jiǎn)化為0.4*0.31的矩形。表2道面結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)Tab.2Structuralandmaterialparametersofpavement道面結(jié)構(gòu)層參數(shù)數(shù)值長(zhǎng)度/m5寬度/m5厚度/m0.3密度/(kg/m3>2400彎拉彈性模量/GPa30泊松比0.15傳力桿長(zhǎng)度/m0.6直徑/mm30間距/mm310彈性模量/GPa200泊松比0.3地基反映模量k/(MPa/m)30衣3飛機(jī)荷裁參數(shù)Tab.3Loadingdataofaircrafts機(jī)型赧大起飛荷St/kN主起落架單輪荷裁

7、幾/kN胎樂p/MPa輪印面積/m2B737800766.6184.41.4130.130B767-2001407.2167.11.3100.128B777-2002820.4223.31.4X20.151混凝土板的網(wǎng)格劃分為粗較粗、較細(xì)和細(xì)4種密度等級(jí)，最終采用的是較細(xì)等級(jí)?；A(chǔ)不建實(shí)體模型，直接采用ABAQUS接觸功能模塊中的ElasticFoundation進(jìn)行模擬，傳力桿軸向采用單位為0」的密度將桿劃分為6個(gè)單元。傳力桿與道而板的接觸采用交叉式，即一端與板一摩擦接觸，一端與板二用綁定(tie)的方式，相互交