传力杆研究报告

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1、基于ABAQUS的机场刚性道面传力杆传荷性能研究报告摘要：应用冇限元软件ABAQUS对Winkler地基上四边自由块板在飞机轮载作用卜•的应力和挠度的进行了分析，确定了有限元模型应采用的单元类型、网格密度和平面尺寸，建立了板■接缝■板刚性道面结构体系3D冇限元模型。通过公式计算了传力杆的传荷能力。关键词：ABAQUS；有限兀模型；传力杆；传荷1研究背景机场道面结构对于飞机轮载作用的力学响应是进行道面厚度设计的基本依据。刚性道而是由板■接缝■基础组成的3D结构体系，然而现有刚性道面设计方法，包括中国民用机场刚性道面设计方法，美国联邦航空局（FAA）刚性道面传统设计方法和针对新

2、一代大型飞机的设计新方法等，采用的结构分析模型都是基于弹性地基板理论或弹性多层体系理论，难以考虑接缝传荷等因索，存在不少局限性。冇限元法能够考虑有限尺寸板、接缝传荷、任意荷载形式、板底的接触或支承条件，□成为分析道而结构响应的主流方法。国内外许多学者都对有限元法在刚性道面（或路面）结构响应分析中的应用进行了大量研究，如Tabatabaie^Huang>Guo等基于Winkler地基上的弹性薄板理论，分别采用梁单元、弹簧单元、梁及弹簧单元模拟接缝的传荷作用，开发了ILLI-SLAB、KENSLABS、JSLAB等刚性路面2D有限元分析程序。然而这些模型大多是基于Winkler

3、地基上弹性薄板理论的2D模型，存在诸多局限性，如不能考虑应力沿板厚的分布、混凝土板下的多层基础体系等。另一方面，机场刚性道面结构层厚度大，接缝传荷机理复杂，作用的飞机起落架构型复朵、机轮多，需要建立更加符合实际的道面结构冇限元分析模型。为此，木文应用ABAQUS大型通用有限元软件，首先建立Winkler地基上四边自由的两块板，通过采用不同的单元类型，划分不同的网格密度，选取不同的模型平面尺寸以合理选取这些模型参数，建立道面板■传力杆模型，并通过对比所建模型计算的接缝传荷系数与已有冋归模型的预估结果，验证了模型的合理性。2单元类型、网格密度和平面尺寸2.1单元类型和网格密度道

4、而各结构层都采用六而体实体单元进行模拟。ABAQUS单元类型库中包含各种类型的三维实体单元，其基本性质见表1。其中,C3D27和C3D27R为变结点单元，即单元结点数可以通过移除或添加体中心及六个而中心的结点，使单元结点数在21〜27的范围内变化。表1三维六面体单元的基本性质Tab.1Propertiesof3Dhexahcdralelements单元名称单元类型结点数位移形函数枳分点数目存在问題C3D8线性等参单元.完全积分8一阶8剪切自镇C3D8R线性等参单元.域缩积分8一阶8沙浴C3D2O二次等参单•元.完全积分20Serendipity二阶27弯曲可能出现自锁C3D

5、2OR二次等參单元.3缩积分20Serendipity二阶8不会出现严恥沙浴问題C3D27二次等参m•元.完全积分21-27Lagrangian二阶27弯曲可能出现自檢C3D27R二次等参单•元.*缩积分21~27Lagrangian二阶14不会岀现严匝沙浴问題通过选取表1屮的6种三维实体单元,每种单元类型划分4种网格密度，建立总计24个冇限元模型进行计算结果的收敛性分析，以确定最合适的单元类型和网格密度，提高求解精度和缩短计算时间。收敛性分析采用的道而结构和材料参数见表2o采用的荷载为B767-200主起落架上的一个轮载，荷载参数见表3,荷载作用位置为道面板屮，轮印面积简

6、化为正方形。荷载参数见表3,采用的荷载为200KN的轮载，荷载作用位置为道而板屮，轮印而积简化为0.4*0.31的矩形。表2道面结构和材料参数Tab.2Structuralandmaterialparametersofpavement道面结构层参数数值长度/m5宽度/m5厚度/m0.3密度/(kg/m3>2400弯拉弹性模量/GPa30泊松比0.15传力杆长度/m0.6直径/mm30间距/mm310弹性模量/GPa200泊松比0.3地基反映模量k/(MPa/m)30衣3飞机荷裁参数Tab.3Loadingdataofaircrafts机型赧大起飞荷St/kN主起落架单轮荷裁

7、几/kN胎乐p/MPa轮印面积/m2B737800766.6184.41.4130.130B767-2001407.2167.11.3100.128B777-2002820.4223.31.4X20.151混凝土板的网格划分为粗较粗、较细和细4种密度等级，最终采用的是较细等级。基础不建实体模型，直接采用ABAQUS接触功能模块中的ElasticFoundation进行模拟，传力杆轴向采用单位为0」的密度将杆划分为6个单元。传力杆与道而板的接触采用交叉式，即一端与板一摩擦接触，一端与板二用绑定(tie)的方式，相互交