有限元分析在民用航空器安全带锁扣减重设计中的应用

(山东翔宇航空技术服务有限责任公司 山东 济南 250107)

航空器安全带属于25g安全带，拉断强度大于一般地面设备使用的16g安全带，无法同16g安全带一样，整体使用铝合金进行减重，而是需要对每一个受力结构件进行分析。

锁扣主要零件有销轴、主体、扣板、扭簧、摩擦柱、卡扣，摩擦柱和扣板所受应力较小，可直接使用6061-T6材料进行减重优化，扭簧为弹性元件，无法优化，可进行优化的零件有主体、销轴和卡扣，本文仅对主体进行分析。

一、锁扣主体受力分析

锁扣主体固定于销轴上，销轴孔壁前半侧与销轴接触，为固定面，摩擦柱固定于主体后方长孔内，拉紧状态下长孔后内壁最大承受13600N的压力。受力情况见图1。

图1 锁扣主体受力示意图

二、静态模拟分析

Solidworks软件提供了三种网格参数设置，锁扣主体使用曲率网格化，最大网格1.0mm，最小网格0.2mm，园中最小单元数8，单元大小增长比例1.6，网格划分后共有192089个节，124741个单元，网格划分如图2所示。

图2 锁扣主体网格化模型

安全模拟分析使用了抗拉强度730Mpa的4130合金钢(见图3)，抗拉强度570Mpa的7075-T6铝合金(件图4)，抗拉强度310Mpa的6061-T6铝合金(件图5)。

图3 4130合金钢抗拉安全系数(S=1)分析图

图4 7075-T6铝合金抗拉安全系数(S=1)分析图

图5 6061-T6铝合金抗拉安全系数(S=1)分析图

6061-T6材质的锁扣侧面大部分区域安全系数无法达到1.0，抗拉强度肯定无法满足设计要求；4130合金钢材质的锁扣侧面几乎全部区域安全系数达到了1.0，抗拉强度远超设计要求，存在优化空间；7075-T6材质的锁扣，侧面小部分区域安全系数无法达到1.0，但此区域并未延伸至边沿，仿真结果认为在13600N的拉力下不会被拉断。因此锁扣主体，可使用7075-T6铝合金进行减重优化设计。

三、结论

本文使用有限元分析的方法，对安全带锁扣结构件进行不同材质的安全性分析，方便、经济的实现了减重优化设计，且仿真结果与实际试验契合度较高。