设计仿真 | MSC Nastran非线性分析用于无人机的起落架性能设计

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。

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。

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。