救助直升機絞車支架拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計與分析.pdf

1、直升機已成為現(xiàn)代陸、海上人命和財產(chǎn)救助的一種重要裝備。救助絞車系統(tǒng)是救助直升機上的關(guān)鍵裝備之一，受力復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)設(shè)計影響救助過程中救生員和絞車手操作便利牲、安全性和可靠性。本文基于人機工程學(xué)、拓?fù)鋬?yōu)化、模態(tài)分析、疲勞分析理論，利用ANSYS Workbench有限元分析軟件，進(jìn)行了絞車支架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和分析，以提高其操作便利性、動態(tài)和疲勞特性。主要內(nèi)容包括:
　　(1)在分析直升機救助過程中工況和受力特點的基礎(chǔ)上，建立絞車及支架

2、受力分析模型，給出五種典型工況，作為絞車及支架設(shè)計載荷工況條件，為絞車支架設(shè)計奠定基礎(chǔ);基于人機工程學(xué)原理，結(jié)合我國絞車手、救生員身體標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行絞車支架的結(jié)構(gòu)尺寸及外形設(shè)計，并利用ANSYS Workbench軟件對其在五種典型受力工況下的結(jié)構(gòu)強度進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明，支架最大位移和應(yīng)力值都發(fā)生在載荷后偏30°工況，分別為1.25 mm和246.37 Mpa，均滿足結(jié)構(gòu)要求。
　　(2)基于拓?fù)鋬?yōu)化理論，利用ANSYS Work

3、bench軟件，對救助直升機絞車支架進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計。設(shè)計案例分析表明，在應(yīng)力和位移滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，拓?fù)鋬?yōu)化后絞車支架的重量減輕12.5％，這將有助于提高直升機飛行的氣動性能，減少飛行過程中的能耗和成本。
　　(3)基于ANSYS Workbench軟件，對拓?fù)鋬?yōu)化后的直升機救助絞車支架進(jìn)行模態(tài)分析，提取絞車支架前六階固有模態(tài)和振型，與直升機旋翼旋轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行對比。結(jié)果表明，六階約束模態(tài)基頻的頻率為475.24 HZ，振型為橫

4、向平面一階整體擺動，而旋翼的激勵頻率為24 HZ，絞車支架與旋翼滿足不發(fā)生共振的條件。
　　(4)引入疲勞強度縮減因子，并利用Goodman曲線，修正絞車支架材料的S-N曲線，獲得考慮形狀、尺寸、表面狀態(tài)、受載狀況、平均應(yīng)力等影響因素的絞車支架的S-N曲線;輸入ANSYS Workbench中，分析獲得絞車支架在加載脈動循環(huán)載荷下的壽命和安全系數(shù)云圖。分析結(jié)果表明，在施加波峰值為極限工況下的脈動循環(huán)載荷后，對應(yīng)循環(huán)次數(shù)大于107次