張國(guó)權(quán) 陳衛(wèi)衛(wèi)

摘要：本文以運(yùn)輸類飛機(jī)的機(jī)身壁板為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行軸壓壓載荷作用下屈曲的試驗(yàn)研究，通過(guò)引入分散率的控制方法，得到了合理的壁板軸壓初始屈曲載荷及破壞載荷。同時(shí)對(duì)運(yùn)輸類支線飛機(jī)機(jī)身蒙皮軸壓彈性屈曲穩(wěn)定性控制要求進(jìn)行了探索，得到合理的控制為后續(xù)的設(shè)計(jì)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：彈性屈曲;屈曲試驗(yàn);機(jī)身壁板

中圖分類號(hào)：V214文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 概述

現(xiàn)代運(yùn)輸飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)大多采用鉚接壁板形式，為得到輕薄而又安全的壁板結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)行大量的壁板結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究。[1]-[5]臧偉鋒[3]介紹國(guó)內(nèi)外機(jī)身壁板強(qiáng)度試驗(yàn)技術(shù)，給出機(jī)身壁板試驗(yàn)技術(shù)研究的建議。孫為民[4]-[5]等人對(duì)軸壓壁板的破壞模式進(jìn)行探索研究，得到相應(yīng)壁板破壞載荷。

本文以運(yùn)輸類飛機(jī)的機(jī)身壁板為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行軸壓屈曲的試驗(yàn)研究，采用分散率控制方法方式，得到了合理的壁板軸壓初始屈曲載荷和破壞載荷。同時(shí)對(duì)運(yùn)輸類支線飛機(jī)機(jī)身壁板軸壓蒙皮彈性屈曲穩(wěn)定性控制要求進(jìn)行了探索，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作提供參考。

2 試驗(yàn)概述

選取機(jī)身典型薄壁壁板作為研究對(duì)象。蒙皮采用2524材料化銑蒙皮;長(zhǎng)桁采用7150材料擠壓件。試驗(yàn)在壓縮試驗(yàn)機(jī)YY200A上進(jìn)行。將試驗(yàn)件的上下兩端分別固定在端部支持夾具中，再將安裝好的試驗(yàn)件垂直放置在試驗(yàn)機(jī)加載平臺(tái)上，利用試驗(yàn)機(jī)的壓縮平臺(tái)直接施加壓縮載荷。載荷合力作用點(diǎn)（試驗(yàn)機(jī)加載中心）與壁板截面形心一致。軸壓試驗(yàn)約束與加載示意圖見下圖，試驗(yàn)件主要尺寸見表1。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

由于制造精度等多方面因素影響，會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，尤其對(duì)于薄壁蒙皮，初始屈曲載荷對(duì)幾何缺陷比較敏感。[5]所以采用分散率來(lái)保證試驗(yàn)載荷的合理性。壁板軸壓和破壞載荷見表2。

比較相同支持條件、相同蒙皮厚度的在機(jī)身壁板在不同長(zhǎng)桁間距（10#與20#比較）試驗(yàn)結(jié)果，其中10#長(zhǎng)桁間距為140mm、20#長(zhǎng)桁間距為130mm?？梢园l(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)桁間距的變化，對(duì)蒙皮初始屈曲載荷的有影響，且長(zhǎng)桁間距小的壁板承受的初始屈曲載荷越大。

比較相同支持條件、相同長(zhǎng)桁間距的在機(jī)身壁板在不同蒙皮厚度（10#與40#比較）試驗(yàn)結(jié)果，其中10#蒙皮厚度為13mm，40#蒙皮厚度為1.1mm，可以發(fā)現(xiàn)蒙皮厚度的變化對(duì)初始屈曲載荷的影響較大，且蒙皮越厚的壁板初始屈曲載荷越大。

在現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)中，一般采用使用載荷或設(shè)計(jì)載荷的某個(gè)百分比對(duì)蒙皮初始屈曲載荷進(jìn)行要求控制，[2]所以探索試驗(yàn)件破壞載荷和初始屈曲載荷的關(guān)系是有必要的。試驗(yàn)件屈曲載荷和破壞載荷比例關(guān)系見表3。

從表3可以看出，對(duì)于薄壁機(jī)身試驗(yàn)件初始屈曲大部分發(fā)生在破壞載荷的30%以下，因此，在現(xiàn)代運(yùn)輸類支線飛機(jī)設(shè)計(jì)中，采用極限載荷的30%來(lái)控制非開口區(qū)蒙皮軸壓彈性穩(wěn)定性是合理的。也就是說(shuō)，工程方法計(jì)算的軸壓彈性失穩(wěn)應(yīng)力許用值應(yīng)大于飛機(jī)在極限載荷的30%作用下蒙皮（非開口區(qū)）所受到的應(yīng)力。

4 結(jié)論

本文以運(yùn)輸類飛機(jī)的機(jī)身壁板蒙皮為研究對(duì)象，得到初始屈曲載荷和破壞載荷，得到以下結(jié)論：

1）機(jī)身壁板初始屈曲載荷跟蒙皮厚度和長(zhǎng)桁間距有關(guān)，蒙皮越厚的壁板初始屈曲載荷越大，長(zhǎng)桁間距小的壁板承受的初始屈曲載荷越大。

2）試驗(yàn)中引入分散率的控制方法，得到合理的壁板軸壓初始屈曲載荷和破壞載荷，并對(duì)運(yùn)輸類支線飛機(jī)機(jī)身蒙皮軸壓彈性屈曲穩(wěn)定性控制要求進(jìn)行了探索，采用極限載荷的30%來(lái)控制非開口區(qū)蒙皮軸壓彈性屈曲穩(wěn)定性是合理的，為后續(xù)的飛機(jī)設(shè)計(jì)工作提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]航空工業(yè)編委組.飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)（第九冊(cè)）[M].航空工業(yè)出版社，2001.

[2]崔德剛結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性定設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].航空工業(yè)出版社，2006.

[3]臧偉鋒，張海英，董登科.機(jī)身壁板強(qiáng)度試驗(yàn)技術(shù)研究[C].第23屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第Ⅱ冊(cè)）2014：488-492.

[4]孫為民，童明波，董登科.加筋壁板軸壓載荷下后屈曲穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)研究[J].實(shí)驗(yàn)力學(xué)，2008，23（4）：333-338.

[5]孫為民，童明波，董登科.壁板軸壓后屈曲計(jì)算與結(jié)構(gòu)敏感度分析[J].中國(guó)機(jī)械工程，2009，20（7）：812-816.

作者簡(jiǎn)介：張國(guó)權(quán)（1985-），男，工程師，主要研究方向?yàn)轱w機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)。