飞行器结构力学电子教案7-1 2

飞机结构力学基础电子教学课程计划，西北工业大学航空结构工程系，第七章剪力板薄壁结构的内力和位移计算，第一章，7.1介绍，计算模型7.2断面板薄壁结构要素的平衡，7.1介绍，计算模型，现代飞机除了发动机框架、起落架、控制系统的传动等几个部分外，大部分都是此结构由水平骨骼(机身的框架、机翼的加强筋)、垂直骨骼(机身的大梁、梯边梁、机翼的梁、梯边梁)和蒙皮组成。薄壁结构中各零部件之间的连接相对复杂，各零部件的应力情况和在作用力中的作用也比较复杂。要分析实际工程结构，必须分析影响计算的所有因素(载荷、几何图元、力传递路径、材料特性等)，保持起主要作用的因素，省略辅助因素，简化结构，并使分析具有实质性。我们把这个简化过程称为结构的理想化。实际结构与理想化后的原始结构不同，但在力和力传递过程中，转换为保持原始结构基本和主要机械特性的另一个理想化结构-计算模型。截断薄壁结构计算模型，实际证明更实用，是解决项目薄壁结构问题的有效方法之一。本章的主要内容是切割板的薄壁结构计算模型以及计算内力和位移的方法。飞机薄壁结构的典型组件应力分析和理想化，(1)蒙皮作为单力和传播的结构中的主要作用是支持和传递剪切和扭转产生的剪应力，同时支持和传递部分弯曲产生的正应力。正应力主要由纵向组件(例如长梯边梁和梯边梁)实现，在这方面，蒙皮的作用是第二位的。因此，将蒙皮理想化时，假定蒙皮仅接受剪切应力并传递。蒙皮传递实际拥有的正应力的能力人为地附着在纵向零部件上，例如檩条。通常，由于厚度薄，因此蒙皮的剪切应力大小沿厚度方向不变，剪切应力近似为沿厚度中心线的切向。剪应力的值不会沿厚度方向变更，因此可以用沿厚度方向的剪应力q=t取代剪应力。这称为剪切流，并用半箭头表示。飞机薄壁结构的典型组件应力分析和理想化，(2)长梯边梁必须将受正应力作用的功能附加到与蒙皮连接的长梯边梁上，以便计算模型的机械特性与实际结构相同或相似。外观元素的额外区域会被视为Ast，左右平行的间距会计算为D1和D2，而外观元素的厚度则会计算为t。理想化的长梯边梁的集中区域是。其中，Ask，e理想化为蒙皮的有效区域，即长梯边梁。这将整个区域集中在蒙皮轮廓内的一点上，没有高度或宽度。在计算模型中，使用小圆表示理想化的杆组件。理想化的张桁架的集中面积由两部分组成：张桁架的实际面积和蒙皮的有效面积。飞机薄壁结构典型组件的应力分析和理想化，(3)由翼梁、上下法兰和腹板组成，通常从根连接到机身，从法兰连接到蒙皮。墙也称为腹板，只有没有凸缘或非常弱的凸缘。翼梁法兰与长梯边梁的不同之处在于，它不仅可以连接到蒙皮，还可以连接到web。因此，在使凸缘理想化时，除了凸缘自身的区域和蒙皮的有效区域外，还必须将腹板承受弯曲正应力的能力转换为web的有效区域。因此，法兰的有效区域为。其中Af是凸缘本身的横截面积。Ask，e是蒙皮的有效区域，计算方法与章节相同。Aw，e是翼梁腹板的有效区域，理想腹板厚度仍为tw，但仅承受和传递剪切力，不再受正应力。，飞机薄壁结构典型部件的应力分析和理想化，(4)翼肋，翼肋实质上是梁，理想化类似于翼梁。在翼肋的一般配置中，为了理想化，翼肋腹板仅接受剪切流，但受正应力的腹板的能力转换为边杆，剩馀有效面积计算与翼梁相同，凸缘杆的自区域Af除外。一般腹板翼肋大部分是薄板材冲孔，通过弯曲边与蒙皮连接。在此情况下，曲线边被视为面积为Af=btr的边栏。其中b是曲线边缘的宽度，tr是机翼的板厚度。普通肋的理想化，飞机薄壁结构的典型元件应力分析和理想化，(5)框架、机身的蒙皮和纵向强化元件(张道和张道梁)的理想化，与机翼相似，但框架的理想化和翼肋有很大区别。在计算模型中，框架理想化是根据框架轴承性质执行的，剪切、弯曲型方块可以理想化为轴向力和传递剪切流型壁板的框架或梁，并且可以使用杆-板结构。例如，如果将常规框架理想化为圆形框架，则图(b)中所示的圆形加强板可能由多个直梁段组成(图(a)。在某些情况下，间隔板可以理想化为框架-负载-板组合结构或纯负载-板组合结构(图(b)、(c)。(a)(b)(c)，剪切板薄壁结构的计算模型中，除了两个基本假设(小变形和线弹性)外，还引入了以下几个简单假设：断面薄壁结构的计算模型，(1)假定骨架是主要轴承组件，骨架的交点是铰链上的节点，从而平等地简化蒙皮局部空气动力学载荷到节点。(2)构成骨架的杆只接受轴向力。镶嵌在骨骼上的板(蒙皮)的四个侧面仅接收剪切。也就是说，每个板及其周围的杆之间只有剪切力作用。可以认为切割的板状薄壁结构的计算模型，(3)板的厚度比其他尺寸(例如长度、宽度)小、薄。因此，板截面的剪切应力可以近似为沿厚度不变，如图(a)所示。将墙厚度设定为t。这是因为剪切应力沿壁厚均匀分布，所以薄壁周围的剪切应力替换为q=t，q是剪切流。剪切流的公共单位是力/长度，在图中用半箭头表示。截断板薄壁结构的计算模型，(4)板截面剪切流q的方向始终遵循板截面中心线的切向。通常，蒙皮曲面没有相切载荷，因此根据剪切应力相互等定理，没有垂直于截面中心线的剪切应力分量。(5)恒定剪切流板各侧的剪切流沿主线不变(即剪切流为常数)。这样，板的每一侧都只有一个未知的剪切流。使用上述简化假设，断面薄壁结构计算模型仅包含两种类型的结构元件：受轴向力的杆和受剪切流的板，杆和板之间只有剪切流。剪切板薄壁结构计算模型的几个实例。图(a)可以简化为由多个直梁组成的力模型的机身圆形框架，图(b)可以简化为由多个盒式结构组成的力模型，机身框架计算模型，机翼盒式模型，7.2节板薄壁结构元素的平衡，1，板的平衡，通常可以简化为由飞机薄壁结构组成的板元素的平面形状(2)矩形板(矩形板)；(3)平行四边形板；(4)梯形板。另一方面，板的曲子也可以根据有没有分为板和曲板。通常，蒙皮曲率小，通常可以省略，并且几乎可以用作平面研究。(1)三角形板的平衡，切下嵌在三角形骨架内的三角形板，然后用未知的剪刀代替杆来代替它的作用。在剪切板计算模型中，可以使用表示三角形板力的三个剪切流，如图所示，因为杆和板之间的剪切流是恒定的，板各侧的剪切流是恒定的。剪切流的下标ij意味着I点指向j点，因此杆到板剪切流指向点j处的I点。，选择图标的三角形板，1点作为力矩中心，生成力矩平衡表达式。例如：同样，等于0。因此三角形板：三角形板在切割板计算模型中没有力。从物理意义上说，三角形骨架本身是可以承受外部载荷并保持其几何形状不变的几何不变系统，因此外力主要由板周围的三角形骨架承担，传递给板的力很小，因此三角形板可以近似为不受力。(2)矩形板的平衡可通过平面力通过三个平衡方程得到：因此，矩形剪切板的四面剪切流全部相等。也就是说，矩形剪切板的四面剪切流相同，只有一个未知力q。矩形拆分器相当于约束。c=1。矩形板四角的四个未知剪切流，板在其作用下平衡。(3)由平面力计具有三个平衡方程的平行四边形板的平衡，即平行四边形等于剪切板的四边剪切流。也就是说，平行四边形等于剪切板的四边剪切流，只有一个未知力q。平行四边形分割等于一个约束c=1。(4)梯形板的平衡，对于图标梯形板，还存在四个剪切流和三个平衡方程。梯形板的两个腰部剪切流量值相同，目前用表示，可以用上述关系推式推式。因此，也可以称为两对几何平均剪切流。(4)梯形板的平衡现在是平均剪切流，表示梯形板两边腰部的剪切流。梯形板各边的剪切流显然等于腰的剪切流乘以两底边的长度比，长边剪切流小于短边剪切流大于。梯形断面的四面剪切流只有一个未知力。因此，梯形拆分器也等于约束c=1。使用板元素的静态平衡条件，板平衡状态下剪切流的实际方向必须始终是相邻两侧头尾相接的方向。注意：对于剪贴板，如果通过剪切流箭头方向指向的边顶部创建对角线(如图标点线)，则对角线只能有两个方向，并且通常可以使用正号来区分不同方向的剪切流。一个方向为计时，另一个方向为负值。对于板，四边剪切流的合力在板平面内。如果板的曲度大，就不能用板处理。(5)曲线板的剪切流平衡，对于曲线板，要建立曲线板力的平衡方程，必须先求出每个侧剪切流力。对于所有弯曲边，剪切流合力及其工作线的位置为，可以证明由两对弯曲板形成的力位于两个平行平面上。此外，板的剪切流之间的关系也适用于曲线板。2，杆构件平衡，截断板薄壁结构的计算模型中，杆与板之间只有相互作用的剪切流存在。剪切流的方向与杆轴的方向一致。对于杆元件，除了从平板进入的剪切流外，两端节点作用的轴向力均适用，杆在这些力的相互作用下平衡