[发明专利]一种典型气密顶板连接中角材优化设计方法

说明书

本申请属于航空疲劳损伤容限设计领域，特别涉及一种典型气密顶板连接中角材优化设计方法。本申请基于气密顶板连接区域细节设计困难，过设计、欠设计普遍发生的现状，通过全机载荷实施状态下的有限元求解计算，采用了对连接角材端部进行局部加强的修理方案，对典型气密顶板连接中连接角材、加强角片进行一体化优化设计，对连接部位细节和螺栓进行寿命评估，确保寿命期内不发生开裂。本申请使用的理论依据正确，设计新颖、分析步骤清晰、简单，工程概念明确，解决了典型气密顶板连接中角材设计困难、容易提前破坏、开裂的难题。

技术领域

本申请属于航空疲劳损伤容限设计领域，特别涉及一种典型气密顶板连接中角材优化设计方法。

背景技术

飞机机身承受了机体结构的气动、惯性载荷以及舱内的增压载荷。在机身强度设计过程中，增压载荷贡献了相当大的应力水平增量，在全机静力试验、全机疲劳试验过程中，增压情况是偏危险的载荷工况，往往导致机身局部连接部位充压破坏或提前发生裂纹，该部位往往发生在飞机气密连接区，气密连接区的最关键区域就是飞机的气密顶板，可以说气密顶板设计的优劣性代表了机身结构设计优劣水平，严重制约着机身结构的承载能力。

飞机气密顶板通常位于机身大开口区和翼身对接区，气密顶板为纵横加筋平面板架结构，主要由整体机加平板、纵梁和横向隔框组成，与该区机身侧上壁板、侧壁板及下壁板组成封闭薄壁承力结构。在气密顶板上，纵向布置的多根纵梁，横向的若干个隔框，与气密平板蒙皮构成一个四边简支的加筋平板，共同参与承受机身的总体载荷和气密舱增压载荷。

基于气密顶板设计的重要性以及气密顶板的结构形式，在气密顶板连接区设计时，通常出现了过设计、欠设计情况。过设计情况，会导致机体结构背负多余的重量，在飞机设计、生产、使用过程中会造成大量的人力、物力消耗，造成经济损伤；欠设计情况，会导致机体结构强度余量不够，给试验、飞行使用带来较大的安全隐患；如何合理的优化设计结构细节，是每一个设计人员的职责，确保薄弱连接部位在静力试验、疲劳试验、飞行使用过程中不发生故障，结构设计轻量化、长寿命是细节优化的根本目的。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种典型气密顶板连接中角材优化设计方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种典型气密顶板连接中角材优化设计方法，包括：

步骤一、构建第一全机有限元模型，进行全机载荷求解，对气密顶板连接区域进行疲劳寿命分析，确定气密顶板连接区域的薄弱疲劳部位；

步骤二、根据确定的薄弱疲劳部位，对气密顶板连接区域的结构参数进行优化，得到第二全机有限元模型，进行全机载荷求解，对气密顶板连接区域进行疲劳寿命分析；

步骤三、获取全尺寸试验或部件试验中容易开裂的连接角材部位，根据开裂原因对连接角材端部通过加强角片进行局部加强，对加强角片的结构参数进行优化，得到第三全机有限元模型，进行全机载荷求解，对气密顶板连接区域进行疲劳寿命分析，确保寿命指标满足设计或修理要求；

步骤四、获取全尺寸试验或部件试验中容易断裂的螺栓部位，根据步骤二、三中全机载荷求解结果，基于螺栓载荷的受力方向，在载荷较大部位更换抗拉型螺栓；

步骤五、对气密顶板连接区域中连接角材以及加强角片进行一体化优化设计，得到第四全机有限元模型，进行全机载荷求解，对气密顶板连接区域进行疲劳寿命分析，确保连接角材端部细节以及螺栓满足疲劳寿命要求。

在本申请的至少一个实施例中，步骤二中，所述对气密顶板连接区域的结构参数进行优化包括：

将气密顶板连接区域中连接角材的材料进行优化，将铝合金角材更换为钛合金角材；