折叠舵面结构接触非线性动响应分析

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折叠舵面因较高的空间利用率而广泛应用于飞行器中。由于折叠机构的功能要求,折叠舵面结构中各零部件之间存在复杂的连接关系,而这些复杂的连接关系会向结构中引入非线性接触问题。间隙和摩擦作为接触问题中典型的非线性因素,对折叠舵面结构的动力学特性有重要影响。本文主要研究接触问题中的各种非线性因素对折叠舵面结构动响应特性的影响。本文对折叠舵面结构进行了有限元建模。考虑到结构中存在大量连接关系,在载荷传递路径上的主要连接结构处建立接触关系,而在次要连接结构处使用多点约束等方法进行简化处理。在完成网格划分后,使用锤击实验对结构的材料参数以及夹具的连接刚度进行模型修正。为使有限元模型接近于物理模型,对接触部分的接触属性、网格无关性等进行了相关研究,并根据得到的结果选取了相关建模参数。使用商业软件Abaqus计算折叠舵面结构在基础激励下的动响应,得到的仿真结果与试验结果的频率误差在2%以内,验证了有限元模型的正确性。使用该有限元模型进一步研究了载荷量级、摩擦系数和间隙大小对折叠舵面结构动响应特性的影响。考虑到折叠舵面结构的简化建模需求,编写了接触问题的有限元计算程序,为折叠舵面结构的简化建模计算奠定了基础。最后,对结构中的典型接触问题,即轴与孔的三维接触问题进行了研究,并在有限元仿真计算的基础上建立了接触力与位移和转角的解析关系。
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