MSC Nastran非线性分析在无人机起落架设计中的应用

通用航空公司拥有众多数十年行业经验的研发人员，通过使用飞机分析和设计的先进工程方法，该公司为农业和应急响应部门提供先进的无人机设计和开发解决方案。

在任何飞行器的设计过程中，无论是载人还是无人驾驶，起落架都是最关键的组件，因为它直接影响整机的强度、耐久性和结构完整性。按照民航总局（DGCA）的安全和操作认证标准，飞行器必须具备以下要求：从13英寸的高度跌落时，满足结构的强度设计指标，可以接受结构发生屈服，但不允许结构失效。当起落架使用塑性材料时可确保满足这项要求。

挑战

对起落架进行物理测试不仅增加成本，而且比较耗时。因此，研发团队决定选择非线性静态分析以确保得到最佳设计。

在开始设计和分析之前，研发团队进行了初步研究，以评估悬臂模型还是支撑梁模型更适合。根据两种模型结果对比分析，工程师们决定选择支撑梁模型。当受到时间期限挑战时，工程师经常面临既要做线性静态分析，也要做非线性静态分析，所以为了节省时间，使用同一套有限元模型能帮助他们最快完成分析和设计工作。

解决方案

混合的非线性静态分析

研发团队决定对支撑梁模型进行非线性静态分析。使用MSC Nastran的静力学分析求解器SOL 101和隐式非线性分析求解器SOL 400，研发团队可以进行线性和非线性静力学分析。一个通用的有限元模型既可以进行线性分析，也可以进行非线性分析。工程师可以使用MSC Nastran提供的高级接触建模技术中的各种内置选项进行操作。

第一步是确定整机的重量。结构的重量是通过材料密度定义，其他的重量是通过定义部件重心位置处的集中质量。

下一步是通过壳单元和体单元建立有限元模型。部件间的紧固连接通过刚性单元和弹簧单元模拟连接的近似刚度。在例子中，接头不是机械连接的位置，而是使用了接触设置。

进一步分析，载荷和边界条件被应用到刚性单元上。这些条件被用来分析和计算结构吸收的能力，并确保它们符合DGCA规范。对载荷应用进行了迭代研究，通过不断增加载荷以研究结构的承受力。

线性模型

为了减少总体分析时间，团队将混合非线性静态分析分为两段处理，团队首先对起落架进行非线性分析。在这一结论之后，将结果应用于整机，以测试整机的强度和稳定性。有三种非线性条件应用：几何、材料和接触非线性，材料非线性是基于材料模型本构。

非线性模型

结果显示了CAE模型的变形情况，最大的变形接近300mm，最大的应力为604MPa，这些都满足了DGCA的限制标准。CAE分析帮助工程师确认了该型号无人机符合13英寸高度的跌落要求。有了这个解决方案，团队可以提前完成无人机的起落架设计。

优势

有效分析和节省时间

满足认证标准是很重要的，这不仅需要从整机安全的角度来看，而且也为了更平稳的运行设备。通过充分的基于模拟的测试，通用航空公司的客户可以放心使用这些无人机。使用MSC Nastran的混合方法有助于避免对物理样机进行重复的物理测试，以及确保了一种有效和高效的方式来缩减设计和交付时间。

起落架非线性变形

无人机市场在各个领域都在增长，包括基础设施、农业和紧急医疗服务。因此，采用数值模拟方法可以在满足工程设计的同时缩短设计周期。

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