飞行器结构力学电子教案7-1

飞机结构力学基础电子教学方案，西北工业大学航空学院航空结构工程系，第7章接受剪切板式薄壁结构应力和位移计算，除第1讲、第7.1讲、计算模型7.2剪切板式薄壁结构要素的平衡、第7.1讲、计算模型、现代飞机为少数部位(如发动机支架、起落架、操纵系统的传动机构等)外，尚未完成该结构由横骨格(机体的分隔框、翼的翼肋)、纵骨架(机体的侧梁、侧梁、翼的梁、侧梁)和表皮构成。 薄壁结构的各构成部件之间的连接关系很复杂，各构成部件受力的情况和传递力的作用也很复杂。 为了分析实际工程结构，必须分析所有影响计算的因素(如载荷、几何形状、传递路径、材料特性等)，保留起主要作用的因素，省略次要因素，简化结构，切实执行分析。 我们称这个简化过程为结构理想化。 实际结构经理想化后，转化为另一个理想化的结构，即计算模型，它在受力和受力过程中保持原始结构的基本力学特征和主要力学特征。 接受剪力板式薄壁结构计算模型，实践证明比较现实，是解决工程薄壁结构问题的有效方法之一。 该剪切板式薄壁结构计算模型及其内力和位移的计算方法是本章介绍的主要内容。 飞机薄壁结构典型因素的受力分析及其理想化，(1)表皮在作为结构整体受力和传递力的过程中，表皮的主要作用是支承和传递剪切和扭转产生的剪切应力，同时它部分支承和传递弯曲产生的正应力。 正应力主要由较强的长侧梁和法兰等纵向构件承担，表皮的作用处于第二位。 因此，在对蒙皮建模时，假定蒙皮仅受剪切应力传播的蒙皮实际受到正应力传播的能力将人为地添加到纵向元件(例如，长侧梁)上。 由于表皮的壁厚一般较薄，因此表皮上的剪应力的大小在厚度方向上不变，剪应力可以近似为沿厚度中心线的切线方向。 由于剪应力值不会在厚度方向上变化，因此可以使用剪应力厚度方向上的合力q=t来代替剪应力。 q称为剪切流，用半箭头表示。 飞机薄壁结构典型部件的受力分析及其理想化；(2)由于计算模型的力学特性与实际结构相同或相近，必须向与表皮相连的长桁附加在表皮上承受正应力的能力。 另外，可以计算表皮的追加面积，设所考虑的长侧位面积为Ast、与左右的长侧位之间的间隔为d1和d2、表皮的厚度为t。 理想化的长边集中面积是Ask，e是外观的有效面积，长边理想化是具有集中面积的杆，这是虚拟杆，整体面积集中在外观截面内的一点，高度和宽度都没有。 在计算模型中，模型化的杆元件用小圆表示。 理想的长桁集中面积由两部分组成：长桁的真实面积和表皮的有效面积。 飞机薄壁结构的典型要素受力分析及其理想化，(3)翼梁、翼梁由上、下凸缘和腹板构成，通常在根部固定在机体上，用凸缘与表皮接合。 墙也称为网，没有法兰或只有弱法兰。 与长桁的不同之处在于，翼梁法兰除了与表皮相连之外，还与腹板相连。 因此，在理想化凸缘时，除了凸缘自身的面积和表皮的有效面积之外，还必须将腹板受到弯曲正应力的能力换算成腹板的有效面积。 因此，凸缘的有效面积是Af是凸缘自身的截面积，Ask、e是外观的有效面积，其计算方法是与长位节相同的Aw、e是翼梁腹板的有效面积，理想化的腹板的厚度是tw，但只受剪切力传递，不受正应力。、飞机薄壁结构的典型要素受力分析，其理想化，(4)翼肋、翼肋本质上也是梁，其理想化与翼梁相似。 加强翼肋一般配置强边缘条，进行理想化时，翼肋的腹板仅受剪切，腹板受到正应力的能力换算成边缘条，除了边缘条的面积Af，其馀的有效面积的计算与翼梁相同，普通的腹板式翼肋是薄板冲压部件，通过弯曲边缘与表皮相连在这种情况下，将边缘看作边缘，其面积为Af=btr，b为边缘的宽度，tr为肋的板厚。 普通加强筋建模，22222222222222青蛙气动气动计算模型中，分隔框的建模是基于框的承受力特性进行的，以剪切弯曲为主的框建模为框或梁，以不受轴力而传递断流为主的壁板是棒板例如，在将一般框建模为环状框时，可考虑图(b )所示的环状加强框由若干个直梁段构成(图(a ) )。 在一些情况下，分隔框可以理想化为框-条-板的组合结构或者纯条-板的组合结构(图(b )、(c ) )。 (a )、(b )、(c )剪切板薄壁结构的计算模型中，除了小变形和线弹性这一基本假设外，还导入了以下简单假设：剪切板薄壁结构的计算模型： (1)假设骨架为主要受力部件，骨架的交点为铰链的节点，使表皮上的局部空气动力负荷等于(2)构成骨架的棒只受轴向力的作用，嵌入骨架的板(外皮)的周围被剪切，在各板和其周围的棒之间只作用剪切力。 剪切板式薄壁结构的计算模型，(3)板的厚度相对于长度、宽度等其他尺寸非常小，板薄。 因此，板截面上的剪切应力可近似为不沿厚度变化(如图(a )所示)。 另外，设壁厚为t，剪切应力沿壁厚均匀分布，因此将沿薄壁周边的剪切应力置换为q=t，将q称为剪切。 剪切流的典型单位是力/长度，在图中用半箭头表示。 剪切板式薄壁结构的计算模型、(4)板截面中的剪切流q的方向沿着板截面的中心线的切线方向。 一般来说，由于表皮表面没有切线载荷，因此根据剪应力相互等定理，也不存在垂直于截面中心线的剪应力成分。 (5)通常夹流板的各边的夹流沿着周线不变化(即，夹流恒定)。 这样，板的每一边只有一个未知的剪辑。 采用上述简单假设的剪切板式薄壁结构计算模型只包括承受轴向力的棒和承受剪切流的板、在棒和板之间只有剪切流作用的两种结构要素。 剪切板式薄壁结构计算模型的几个实例。 此外，图(a )机体的圆形框能够简化为由若干段的直梁构成的受力模型，图(b )的翼能够简化为由若干箱型结构构成的受力模型，机体的笼式计算模型、翼箱型模型、7.2剪切板型薄壁结构要素的平衡、1、板的平衡、构成飞机的薄壁结构的板要素为其它的板要素(2)长方形板(矩形板) (3)平行四边形板(4)梯形板. 另一方面，根据板的曲率的有无可以分为平板和曲板。 通常表皮曲率小，一般可以忽略，几乎作为平板被研究。 (1)三角形板的平衡，切出嵌入三角形骨架的三角形板，将棒的作用置换为未知的剪切流。 在剪力板计算模型中，剪力仅作用在杆和板之间，板两侧的剪力是恒定的，因此三角形板的力可以用三个剪力、表示，如图所示。 另外，剪辑流的下标ij表示板作用于杆的剪辑流从I点指向j点，因此杆作用于板的剪辑流从j点指向I点。现在，对于图示的三角形板，取角的顶点，以1点为力矩中心，建立力矩平衡方程式。同样得到，变为零。 因此，三角形板：三角形板在剪切板式计算模型中不受力。 从物理意义上讲，由于三角形的骨架本身是承受外荷不改变几何形状的几何不变系统，所以外力主要负担在板周围的三角形的骨架上，传递到板上的力小，所以三角形的板可以近似为不受力。 (2)矩形板的平衡，由平面系统可以得出三个平衡方程式：因此，矩形板四边的剪切流相等，矩形板四边的剪切流相等，只有一个未知力q。 矩形受剪贴板约束的是C=1。 长方形板的4边的4个未知剪辑流、板在其作用下保持平衡。 (3)平行四边形板的平衡，从平面系有3个平衡方程式，同样，平行四边形与剪贴板的4边剪切流相等，也就是说，平行四边形与剪贴板的4边剪切流相等，证明只有一个未知力q。 平行四边形受剪贴板约束，C=1。 (4)梯形板的平衡，对于图示的梯形板，也有4个剪切流和3个平衡方程式。 由此可知，梯形板两腰的剪切流值相等，表现出来的话，由于以上的关系，也称为两面宽度的几何平均剪切流。 (4)梯形板的平衡现在用平均剪切流表示梯形板两腰的剪切流。 梯形板各边的剪切流，明显，梯形板两底边的剪切流是腰的剪切流乘以两底边的长度比，长边的剪切流小，短边的剪切流大。 梯形剪切板周围的剪切流中，只有一股未知力。 因此，梯形剪贴板也起约束作用，C=1。 利用板元件的静力平衡条件决定板平衡时的剪切流的真正方向，在相邻的两侧应该始终是头和尾对齐的。 注意：对于任何剪贴板，当在剪贴流的箭头的方向上绘制对角线时，对角线可能只有两个方向，如虚线所示，一般而言，用附图标记可以区分不同方向的剪贴流，并且当剪贴流的方向是正的时候，将另一方向定义为负的。 中选择所需的墙类型。 板的曲率大的话，就不能作为平板来处理了。 (5)对于曲板的剪切流平衡、图示的曲板，为了制作曲板力的平衡方程式，首先求出各边的剪切流合力。 对于任意曲边，剪切力及其作用线的位置，证明、曲板两对边形成的偶力位于两个平行平面上。 除此之外，平板的各剪切流之间的关系式也同样适用于曲板。 2、压杆部件的平衡、剪切板式薄壁结构的计算模型中，压杆与板之间仅存在相互作用的剪切流。 剪切流的方向与活塞杆轴线方向一致。 杠杆部件除了承受来自板的剪切流外，还承受两端节点作用的轴向力，杠杆在这些力的协同作用下保持平衡。 对于图示棒要素，(1)棒端轴