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标题: 某型机登机门密封带分析（一） [打印本页]

作者: flanker 时间: 2013-9-11 14:57
标题: 某型机登机门密封带分析（一）
作者：西安飞机工业集团有限责任公司王卯升朱岩郭琦
1 概述
某型机门梯合一登机门首次在国内民机成功研制使用，在登机门设计中，密封是设计的难点和重点。登机门密封带采用“P”型截面，上下部位密封形式采用压密封，两侧部位采用挤密封，四角处采用圆滑过渡形式。实际飞机生产制造过程中，发现四角处密封效果较差，需要多次调试密封带才能避免漏气现象。
密封带分析包括三个过程，第一步是密封带压条通过螺栓预紧将密封带压紧在门体上，第二步是关闭舱门过程将密封带压紧在门框上，第三步是密封带内部和外部冲压模拟充气过程。
该分析是一项强非线性问题，包括密封带超弹性材料的材料非线性、密封带大变形的几何非线性和接触非线性问题；密封带的截面尺寸和长度尺寸相比较小，由于其大变形需要对截面的网格划分较密，这样导致整个模型的网格数量较大和最小单元尺寸较小。求解该问题，真实再现了密封带实际的受力变形密封形式，暴露了密封细节问题。通过改进，验证了结构改进的良好密封性能。
2 模型的建立
2.1密封结构概述
登机门密封设计结构见图1所示，门框结构与飞机机身固接，密封带被密封带压条压紧在门体结构上。登机门关闭时，门体靠紧在门框上，两者之间通过密封带进行密封。
密封带装配示意图见图2所示，密封带压条通过预紧螺栓将密封带压紧在门体上。密封带边界超出门体边界一定距离，实现密封带与门框的初始干涉量。密封带主要由橡胶层和纤维层组成。纤维层使得密封带表面摩擦较小，并保证关闭登机门时不夹带。

2.2 有限元建模
2.2.1 网格设计及材料属性
密封带和密封带压条离散为六面体单元；门体和门框结构以及纤维布层离散为壳单元；连接单元采用弹簧单元模拟。
密封带橡胶材料特点：
（1）能承受大弹性(可恢复)变形；
（2）体积几乎不可压缩；由于分子链的拉直引起变形，所以在外加应力作用下，体积变化很小。
（3）ε-δ曲线高度非线性。
根据Radioss对超弹性材料的定义，对密封带材料进行如下假设：
（1）材料响应是各向同性、等温和弹性的；
（2）所有的橡胶类材料具有非常小的压缩性，假设完全不可压缩通常是非常好的近似。因此，这里假定材料是完全不可压缩的。
Radioss提供多种超弹性材料模型，本分析中选用Law69中M-R模型，其表达式为：
ε-δ曲线数据来自压缩试验（见图3 ）。
建立好的模型单元、材料及属性见表1。

2.2.2 接触对的建立
根据仿真接触工况，共需建立4组接触对，包括密封带压条与密封带的接触、三维单元与二位单元的接触、二位单元与三维单元的接触、二维单元之间的自接触。接触采用TYPE7点面接触，其原理如图4所示，其中：

密封带受气密载荷时，内部完全受到气密载荷作用，外部分为气密区和非气密区，两者之间的分阶称为气密线。气密线是由密封带与周围结构接触情况来决定的。图5为密封带气密区和非气密区示意图。

2.2.3 仿真工况建立
密封带分析包括三个过程工况，第一步是密封带压条通过螺栓预紧将密封带压紧在门体上（0～0.0008s），第二步是关闭舱门过程将密封带压紧在门框上(0.001s～0.01s)，第三步是密封带内部和外部冲压模拟充气过程(0.01s～0.02s)。
三个过程所需曲线见图6，其中，红色曲线是预紧螺栓的预紧压力曲线，蓝色曲线是门框反向运动曲线，粉色曲线是气密加载曲线。

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