结构设计(第3章3.9).ppt

3 9飞机结构开口区受力分析 飞机结构开口 3 9飞机结构开口区受力分析 一 开口的原因1 机体表面的检修用开口从维修 检查需要 要有很多口盖 如F 16 60 表面为156个口盖 均可开启 波音 707 下翼面布置22个大椭圆形口盖 检查整体油箱之用 总的说 1 检查仪器 设备 系统 2 检修内部结构 这点对按损伤容限设计要求设计的飞机必不可少 2 机体内部 1 检修 1 内部结构 波音707在翼型高度大于570毫原因同上米的翼肋和中央翼梁 腹板上均有 人孔 形成维修通道 2 仪器 系统 次要些 2 操纵系统 杆 索 液压管路 电缆及燃油系统等通过孔3 窗户 门 炸弹舱门 起落架舱门等使用要求的机体表面开口 维修口盖 歼8机身开口 运10机身开口 二 开口与口盖的分类 一 开口大 中 小 相对部件尺寸而言 对机身 D对机翼 B小开口 可能在两长桁之间 不打断长桁 或只打断个别长桁 中开口 可能打断几根长桁 大开口 可能整个翼箱宽度壁板或很大比例宽度的壁板被开口 二 口盖 1 受力口盖受剪口盖 受轴力口盖 1 受剪口盖 1 口盖本身能受剪 有足够的强度 刚度 2 且在连接处应能把剪力扩散成分布剪流 一般用为数较多的托板螺帽 螺栓连 3 它能取代原有基体受剪 2 受轴力口盖 1 口盖既能受剪 又能受轴力 所以口盖上一般布置有加强型材 方向与原有长桁方向 位置一致 它完全能替代原结构受力 受剪口盖上也可能布置有加强型材 但其作用主要是保证口盖刚度 型材方向可能与长桁不一致 2 连接 不仅要有连接基体蒙皮与口盖板的螺栓 而且应有直接把承受轴向力的构件连接的螺栓 2 不受力口盖 1 口盖不参与机体的总体受力 但承受口盖上的局部气动载荷 并把它传给机体 2 从连接看 只有少量连接件 或为快卸口盖 或为活动开启舱门 受力口盖 快卸口盖 不受力口盖 不论是有 无口盖 或口盖是否受力 大开口总要增加重量 是结构工程师 头疼 的问题 1 受力口盖 口盖一般会比原有结构重 对按刚度设计的 还有刚度问题 且要增加较多的连接件 为了顺利传递载荷 总有载荷转移问题 结构上必定也需适当加强 2 如为不受力口盖或开口 则传力路线迂回 路线长了 而且开口周围结构将增加负担 所以必定要加强原有结构 或者很可能要另布置新加强件 当开口在机体表面时口盖不能省 而且一般应按刚度设计 较重 只是不参加总体受力而已当为小 中开口时 影响区域可能小些 为局部的 当为大开口时 则影响区大 三 基体结构受剪时如蒙皮受Mt qt 梁腹板受Q qQ时开口区的加强 传力路线有何变化 即研究开口对传力的影响需加什么构件 原有元件受力情况变化 启发问题 在受力分析中我们曾用的几种方法 1 传力路线 一个个分离体画 作用M Q N三种内力 把小开口的分析结果和方法延伸一下 2 直接用数值解 3 用加自身平衡力系的方法 使两种典型情况的叠加符合实际情况 考虑开口后相当于那一块蒙皮上剪流应为0 1 小开口加强小开口 口框 刚框 围框 式加强 这类开口 对机身纵向构件一般没有影响 为传剪 一般在开口周围加上一圈截面具有抗弯能力的口框 可以是组合式 也可以是整体刚框 小开口刚框受力分析 1 利用对称原理 结构对称 载荷为反对称时 在对称轴处只有反对称内力Q 而M N 02 根据分离体平衡图 可求出 结论1 从以上Mmax可见 开口愈大 则口框上的弯距值愈大Q N也就愈大 口框就可能使重量较重 2 口框应是能承弯剖面 以上三种形式 1 效率较高 可做成整体口框 2 较易转口盖 3 用组合形式 相当于把两个缘条距离拉开 效率要较 更高 且因为角上弯距最大 这样设计角上J值最大 3 在角上最好加 加强筋 如在下面这种情况下 弯距将会对腹板有压应力 为防止失稳 应加加强筋 2 中开口加强引子 1 围框式的提出 小开口刚框式 但b h 时 导致重量上升用围框式的优点 相当于把梁的结构高度增大了 可以利用原有的构件 如以蒙皮作为腹板 某些长桁作为该围框 平面薄壁围框梁的缘条 综合利用 中开口刚框受力分析 大开口加强对于受剪基体大开口 一般如梁式机翼蒙皮开掉 若为单块式机翼 则可把问题分解为两个 1 蒙皮受扭矩Mt引起的剪流 2 长桁受正应力 若断了 则见后面 四 中所述实际情况为 1 2 此处以双梁机翼为例进行分析 双梁式机翼 蒙皮上有大开口时的传剪 Mt 加强对双梁式机翼 机翼上原有的最强的是梁 现梁没有破坏 所以 1 Q M传力路线未破坏 仍由梁传往机身 2 Mt传力路线破坏 考虑到梁很强 应充分利用该加强件 因此一般都是布置一加强肋 将闭合剪流形成的Mt转换为一对垂直力构成的力矩 由两梁以参差弯曲形式受 传扭 大开口盒段模型简化 大开口盒段传剪 大开口盒段传扭 大开口盒段传弯 参差弯曲形式受 传扭 开口端部有加强肋 起转换Mt作用若要梁能以参差弯曲形式受弯 其一端或两端必须有刚硬结构能提供限制较大扭翘变形的作用 这组支反力矩由何者提供 要视具体情况而定既然梁要受参差弯曲 梁应加强 且加强长度要考虑参与段 如果开口在中段区 则开口完后还应用一加强肋 将其转回成一圈闭合剪流形式 1 开口在根部 支反力矩全部由根部接头提供此时支反力矩全部由根部接头提供 后梁卸载 前梁加载 这组支反力矩在根部剖面是一组自身平衡力系 2 开口在中段 支反力矩两段都可以提供与 1 不同 根部固定端可认为是绝对刚硬 与外段相比 刚度大的多 按刚度分配可认为支反力矩全部由根部提供 在 2 中支反力矩都是由结构提供 即由于参差弯曲引起的剖面翘曲靠盒段结构限制住 也即开剖面限制扭转情况 现两段盒段刚度差不多 所以由两段同时提供支反力矩 3 开口在端头附近由于两段结构刚度差得多 可认为支反力矩仅由左端提供但与 1 不同 因为是由结构提供 开口段完后内侧有相当长段结构 所以会有影响区 L 1 1 5B 而在 1 中 开口完机翼就无结构了 所以不存在影响区加强方案类 2 中 但梁只需加强到内侧影响区即可 4 根部有开口 但是传阻力将会如何 5 以上所述均为双梁式机翼 实际上机翼可能为双梁单墙 双墙单梁等 此时为弥补受剪蒙皮大开口 应尽量利用剩余完整闭室 闭室受扭的效率必定高于梁参差弯曲形式 四 原机体受轴力时的加强当机体受轴力时它往往