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Abaqus子模型法在吊挂结构分析中的应用

贾大伟,俞麒峰

上海飞机设计研究院

摘要:吊挂是飞机设计的难点之一，它是连接发动机和机翼的部件，关键程度可想而知。本文利

用Abaqus软件的子模型功能对吊挂零件进行分析，并用于指导零件的设计。子模型法大大提高

了工作的效率，并且提高了关心部位零件分析的精度。

关键词:吊挂，Abaqus，子模型，有限元

1.简介

吊挂位于发动机和机翼之间，它的主要功能是悬挂发动机、传递发动机载荷、提供发动机至

飞机的各系统通路，并保证光滑气动外形。吊挂直接悬挂发动机，直接承担发动机上的所有载荷，

每次飞行均处于强机械振动、高温、强声振动环境中，工作环境恶劣；吊挂本身的设计空间比较

狭小、紧凑，而发动机至机翼的所有系统也均需通过吊挂。这些因素的综合作用，使得吊挂设计

成为全机设计的难点之一，吊挂设计水平的高低直接影响全机的安全性和舒适性。

工程中很多问题的模型都比较大，而关心的部位只是模型中的一部分，这些部分的边界复杂，

一般的方法来分析这些部分模型有两条路。其一，是将这部分模型提取出来，建立相对合适的边

界条件，这样就会产生分析准确度和精度的问题；其二，是将模型融入整体模型进行整体分析，

但这样就会带来计算量问题。Abaqus子模型功能很好地解决了这个问题，它能精准地提取关心

部位的边界，将关心部位从整体模型中提取出来，进而进行进一步更加准确的分析。

吊挂是全机的关键部件，用子模型功能准确地分析它的零件显得至关重要。

2.吊挂结构简介

吊挂在全机的位置如图1所示。吊挂包括中央盒段、BIFI结构、上部整流罩、后缘四部分。

其中中央盒段是主要的承力结构，其余为辅助结构。

吊挂中央盒段与机翼通过6个点相连接。中央盒段与机翼的连接零件是上连杆，两个中接头，

两个侧向连杆，斜撑杆。中央盒段通过发动机前、后安装节与发动机连接。

中央盒段主要包括框、缘条、壁板、接头、连杆5种类型零件。

图1.翼吊发动机吊挂位置

3中央盒段有限元建模

中央盒段零件主要采用三种类型的网格来划分，如表1所示。根据零件的几何特征不同，将

各零件通过CAD软件导入Abaqus中。各零件通过紧固件连接在一起。吊挂通过六个连接点和

机翼连接在一起，这些连接通过Abaqus的连接体单元实现。发动机简化为一个质量点，通过刚

性连接连接到吊挂的前后安装节和发动机推理杆上。模型如图2所示。图2是在Mesh模块中显

示的，在此模块下，中央盒段和机翼、发动机的连接不可见。

表1.中央盒段零件模拟网格单元类型

序号零件名称单元类型序号零件名称单元类型

1

前安装节框

（1号框）

体单元14底梁左前缘条壳单元

22号框体单元15底梁右前缘条壳单元

33号框体单元16下接头壳单元

44号框体单元17上壁板壳单元

55号框体单元18左壁板壳单元

6

后安装节框

（6号框）

体单元19右壁板壳单元

77号框体单元20右壁板口盖框壳单元

8左中接头

体单元

+壳单元

21右壁板口盖壳单元

9右中接头

体单元

+壳单元

22左滑轨槽壳单元

10上接头体单元23右滑轨槽壳单元

11上连杆体单元24底梁前壁板壳单元

12斜撑杆体单元25底梁斜壁板壳单元

13后安装节体单元26前安装节连接杆杆单元

27发动机推力杆杆单元

28后安装节连杆杆单元

图2.中央盒段和机翼的有限元模型

4子模型技术概述

子模型是相对于整体模型而言的，它是整体模型的一部分，可以是一个零件，也可以是几个

零件组成的集合。子模型技术可以用于研究一个整体模型的一部分模型，从而得到这部分模型更

加精确详细的解。

子模型技术通过节点或单元应力来驱动子模型，进而分析子模型。子模型法包括两种：一种

是基于节点的子模型法，另一种是基于面的子模型法。常用的子模型法是基于节点的子模型法，

它运用内插值法将总体模型的结果作用到子模型的节点上。本文主要讨论基于节点的子模型法的

运用。

使用子模型法可以方便地研究整体模型里感兴趣的子模型，如某些高应力的子模型区域。在

大多数情况下，可以重新将关心的子模型划分更精确的网格，进而得到子模型更精确、详细的结

果。

子模型法分析子模型可分为两步：

首先，分析整体模型，得到用于驱动子模型的结果。用较为简单的几何（在进行整体分析时

可以忽略很多结构的细节，如倒角、零件表面的区域分界线等，等到做子模型分析时，再增加这

些特征，从而增加子模型分析的准确性和精度）及粗糙的网格获得整体模型的结果。

其次，建立子模型，用整体模型的结果来驱动，从而得到分析结果。子模型分析的步骤如下：

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