[发明专利]一种飞机机轮轮毂螺栓孔口处对接面的设计方法

权利要求书

1.一种飞机机轮轮毂螺栓孔口处对接面的设计方法，所述的飞机机轮轮毂中，内半轮毂对接螺栓孔周围为凹弧面，外半轮毂对接螺栓孔周围亦为凹弧面；所述内半轮毂对接面和外半轮毂对接面结构完全对称；其特征在于，具体过程是：

步骤1，确定轮毂螺栓孔口处螺栓预紧时的应力S_min和疲劳载荷下的应力S_max：

采用Abaqus软件通过有限元静力分析方法计算得螺栓预紧下轮毂螺栓孔口最小应力S_min和疲劳载荷下轮毂螺栓孔口最大应力S_max；

步骤2，确定轮毂螺栓孔口处的疲劳应力幅N；

步骤3，确定满足寿命要求的轮毂螺栓孔口处所需的应力S：

通过航空材料手册得到轮毂材料的疲劳性能曲线S-N曲线；根据得到的轮毂材料的疲劳性能曲线S-N曲线上所对应的轮毂疲劳应力幅N₀，找能够满足飞机机轮起落寿命要求的N₀；

轮毂螺栓孔口处所需的应力S通过公式S≧S_min+2(N-N₀)确定，并以该轮毂螺栓孔口处的应力S作为螺栓孔口处的应力为设计目标值；

步骤4，确定内半轮毂对接面处凹弧面的半径R和该凹弧面的最大深度H：

所述凹弧面的最大深度是指该凹弧面弧底顶点C的水平延长线与内半轮毂对接面的对接平面之间的垂直距离；

通过尺寸参数优化，确定内半轮毂对接面处凹弧面的半径R和该凹弧面的最大深度H；

步骤5，选取优化后的尺寸参数进行轮毂对接面结构设计；

至此，完成低应力幅的飞机机轮轮毂及其对接面的设计。

2.如权利要求1所述飞机机轮轮毂螺栓孔口处对接面的设计方法，其特征在于，所述确定轮毂螺栓孔口处螺栓预紧时的应力S_min和疲劳载荷下的应力S_max的具体过程如下：

Ⅰ在Abaqus软件中导入机轮轮毂和螺栓的三维模型；

Ⅱ机轮轮毂和螺栓的三维模型网格划分；

Ⅲ机轮轮毂和螺栓的材料属性定义：

所述的材料属性包括机轮轮毂的材料弹性模量和泊松比，以及螺栓的材料弹性模量和泊松比；

Ⅳ机轮轮毂与螺栓之间的接触面属性定义：

所述接触面属性为机轮内半轮毂与外半轮毂之间的接触类型及摩擦系数、内半轮毂与螺栓之间接触类型及摩擦系数，以及外半轮毂与螺栓之间的接触类型及摩擦系数；

Ⅴ模型分析步定义：

所述模型分析步包括两步，分析步的类型均为静力通用分析：其中第一步用于分析螺栓预紧力，第二步用于疲劳载荷下的螺栓孔口应力分析；

Ⅵ模型载荷边界定义：

对分析步中的轮毂与轴承外环之间接触表面进行固定约束；

所述的固定约束是对轮毂与轴承外环之间的接触表面上所有结点的六个自由度进行完全固定，该接触表面上所有结点的六自由度的值均为0；

第一步中，在螺栓轴线处施加螺栓轴向拉力；第二步中，在轮毂的轮缘圆角至轮胎轮毂结合径处的表面S1处施加轮胎外胀力Q，该轮胎外胀力Q的施力方向与起落架轴的轴线平行，并背离腹板；

在轮辋5°线与轮胎的接触面S2处施加疲劳载荷P，该疲劳载荷P的方向为竖直向下；

Ⅶ提交模型进行计算，在Abaqus计算结果中提取第一步的计算结果得到轮毂螺栓孔口处的应力S_min；在Abaqus计算结果中提取第二步的计算结果得到轮毂螺栓孔口处的应力S_max。

3.如权利要求1所述飞机机轮轮毂螺栓孔口处对接面的设计方法，其特征在于，所述确定内半轮毂对接面处凹弧面的半径R和该凹弧面的最大深度H的具体步骤如下：

Ⅰ在Isight软件中建立机轮组件螺栓预紧有限元分析的优化任务流程，设内半轮毂对接面处凹弧面的最大初始深度为Hx，通过对所述内半轮毂对接面处凹弧面的最大初始深度Hx进行优化得到该凹弧面的最大深度H；设内半轮毂对接面处凹弧面的初始半径为rx，通过对该设内半轮毂对接面处凹弧面的初始半径rx进行优化得到该内半轮毂对接面处凹弧面的半径R；

Ⅱ将所述设定的最大初始深度Hx和内半轮毂对接面处凹弧面的初始半径rx分别输入所述Isight软件中，通过Isight软件计算得到螺栓孔口处的初始应力值Sx；

比较得到的初始应力值Sx与螺栓孔口处的应力设计目标值S；当Sx小于S时，分别增大内半轮毂对接面处凹弧面的最大初始深度Hx和内半轮毂对接面处凹弧面的初始半径rx；当Sx大于S时，分别减小内半轮毂对接面处凹弧面的最大初始深度Hx和内半轮毂对接面处凹弧面的初始半径rx；所述增大的幅度和减小的幅度根据所述Isight软件的默认值确定；

通过所述sight软件对增大或减小后的最大初始深度Hx和内半轮毂对接面处凹弧面的初始半径rx继续进行计算，得到修正后的螺栓孔口处的应力值Sx；再次将得到得修正后的螺栓孔口处的应力值Sx与螺栓孔口处的应力设计目标值S进行比较，并按照所述的修正方法，对增大或减小后的最大初始深度Hx和内半轮毂对接面处凹弧面的初始半径rx进行再次修正；

重复上述比较--修正--计算的迭代计算过程，直至得到的螺栓孔口处的应力值与螺栓孔口处的应力设计目标值S之间的误差小于0.05～0.1Mpa；此时，Hx＝H，rx＝R。