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        受氣密載荷的平面加筋壁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

        2018-12-12 06:25:38邱鑫
        科技視界 2018年23期
        關(guān)鍵詞:分析

        邱鑫

        【摘 要】本文探討了民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中承受氣密載荷的加筋壁板的關(guān)鍵參數(shù)如何設(shè)定。

        【關(guān)鍵字】氣密載荷;加筋壁板

        中圖分類號(hào): V223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 2095-2457(2018)23-0089-002

        DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.23.038

        【Abstract】This paper discusses how to set the key parameters of stiffened panels subjected to sealing loads in the structural design of civil aircraft.

        【Key words】Sealing load; Stiffened panel

        0 引言

        加筋板包括組合式和整體式兩類,隨著工藝水平的提升,機(jī)加的成本下降,重量更輕的整體式加筋板得到了更廣泛的應(yīng)用。本文僅對(duì)布置在氣密面上的平面整體式加筋板設(shè)計(jì)進(jìn)行分析,如前起落架艙的左右側(cè)壁板、上壁板(如圖1)、前后端框和中央翼前氣密隔框等。

        1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

        在氣密載荷作用下,腹板的最大應(yīng)力和筋條的最大應(yīng)力不超過(guò)許用值。

        2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

        在滿足強(qiáng)度和功能性要求的前提下,使結(jié)構(gòu)重量盡可能的小。

        3 關(guān)鍵參數(shù)分析

        氣密載荷作用下平面加筋板設(shè)計(jì)主要考慮3個(gè)方面:

        A.腹板厚度t;

        B.加強(qiáng)筋布置;

        C.加強(qiáng)筋截面。

        如圖2所示,加強(qiáng)筋的布置實(shí)質(zhì)是設(shè)定腹板格子的大小,即長(zhǎng)邊a和短邊b;

        機(jī)加加強(qiáng)筋截面可設(shè)計(jì)成矩形或T字型,矩形截面如圖3所示,筋條高度為h,筋條厚度為tb。

        T字型截面如圖4所示。矩形截面的加工較為簡(jiǎn)單,應(yīng)用更為廣泛。

        3.1 腹板分析

        平面氣密加筋板的腹板可簡(jiǎn)化為薄板來(lái)進(jìn)行力學(xué)分析,薄板的力學(xué)屬性介于厚板和膜板之間,總應(yīng)力為薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力之和。

        當(dāng)薄板的邊界為簡(jiǎn)支且a/b≥2或邊界固支a/b≥1.5時(shí),壓力系數(shù)與板的變形δ、最大薄膜應(yīng)力fd及最大總應(yīng)力f的關(guān)系如圖5所示,其中最大應(yīng)力出現(xiàn)在長(zhǎng)邊的中間點(diǎn)上。

        因加筋板內(nèi)的筋條兩側(cè)腹板是對(duì)稱的,故每一格腹板可以看作為邊界固支,對(duì)應(yīng)圖5中的總應(yīng)力f(固支邊)曲線可以看出腹板上的最大應(yīng)力取決于腹板的短邊b。腹板的總應(yīng)力應(yīng)小于許用應(yīng)力,即

        f≤σmax(1)

        按材料的許用應(yīng)力,查圖5可計(jì)算出腹板厚度t與筋條間距b的關(guān)系。

        3.2 加強(qiáng)筋分析

        加強(qiáng)筋可按照受均布載荷的兩端固支的梁來(lái)分析,每段筋條受到的均布載荷為兩側(cè)的腹板上的氣密載荷的一半相疊加,即等于一格腹板受到的氣密載荷。以長(zhǎng)邊的加強(qiáng)筋為例,壓差為p,則每格腹板受到的氣密載荷為pab,每根筋根據(jù)材料的許用應(yīng)力可計(jì)算出立筋的高度h、厚度tb與腹板格子大小的關(guān)系。

        3.3 綜合分析

        對(duì)平板重量影響最大的是板的厚度,在滿足工藝能力、疲勞性能的前提下,應(yīng)盡量降低板的厚度;腹板厚度和材料許用應(yīng)力決定腹板短邊長(zhǎng)度的最大值;腹板的長(zhǎng)邊、短邊的設(shè)定和材料許用應(yīng)力決定立筋截面的最小慣性矩。

        3.4 算例分析

        以前起艙上壁板為例,按當(dāng)前工藝能力,建議機(jī)加腹板厚度最小值t=1.2mm,即0.047in,鋁合金材料的E=10.3×106lbf/in2,極限氣密載荷p=20lbf/in2,材料許用應(yīng)力取400MPa;

        若短邊b取100mm,即3.94in,計(jì)算壓力系數(shù):

        短邊設(shè)定為100mm,與框站位對(duì)應(yīng)的組合式加強(qiáng)立柱的間距a=240mm,材料許用應(yīng)力取400MPa,代入公式(6)計(jì)算:

        tbh2=1030

        按目前機(jī)加工藝能力,筋條厚度不小于2mm,可得h至少為22.7mm可滿足要求。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]牛春勻.實(shí)用飛機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析及尺寸設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空工業(yè)出版社,2009.

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