飞机结构设计(第3章-3.1)

1、第三章、现代飞机结构设计基础第三章、现代飞机结构设计基础2021-12-141先进轻质结构技术先进气动力技术先进发动机技术先进制造加工技术设计是主导材料是基础制造是关键检测是保障第三章、现代飞机结构设计基础第三章、现代飞机结构设计基础2021-12-142本章内容本章内容3.1 3.1 静强度与稳定性设计静强度与稳定性设计3.2 3.2 刚度与气动弹性设计刚度与气动弹性设计3.3 3.3 安全寿命设计安全寿命设计3.4 3.4 损伤容限损伤容限/ /耐久性设计耐久性设计3.5 3.5 结构可靠性设计结构可靠性设计问题的现象 力学的实质基本设计方法 3.现代飞机结构设计基础2021-12-143

2、飞机结构设计的总体技术要求飞机结构设计的总体技术要求飞机结构设计的基本特征飞机结构设计的基本特征 安全性安全性/ /可靠性；可靠性； 维修性维修性/ /经济性。经济性。 在保障结构安全/功能可 靠的前提下，重量最轻； 群体的社会化技术活动， 需要标准与工作规范。维修是使用过程的安全性保障维修是使用过程的安全性保障3.现代飞机结构设计基础2021-12-144飞机结构承载的安全性要求 （五不准）:v 典型飞行工况的最大载荷条件下，不发生强度破坏；v 各种载荷工况的最大载荷条件下，不发生过大变形， 特别是大的永久变形；v 结构的刚度特性要保障在飞行临界状态不发生结构颤振；v 结构要有满足长期随机载

3、荷（小于最大载荷）反复作用 下不发生疲劳破坏；v 结构在缺陷状态，满足一定飞行周期的承载（损伤容限）。 3.现代飞机结构设计基础2021-12-145飞机结构的可靠性要求 :v 满足强度、刚度、安全寿命、损伤容限的可靠性要求；v 结构的变形不能影响操纵、影响相对位置的要求；v 不能出现操纵效能降低、反效甚至失效；v 不能出现颤振临界速度的降低。可靠性是结构正常执行功能的度量3.现代飞机结构设计基础2021-12-146飞机结构的维修性与经济性要求 ：v 要求结构维修的易检性（可达性）（通道、口盖）；v 要求结构的易修理性（修补、更换、拆装）；v 要求维修的经济性。（冰山效应 ， Concord

4、）3.1 静强度与稳定性设计2021-12-147 表现了飞机在使用中承受各种载荷工况下最大使用载荷 下的安全能力。 防止结构在各严重载荷条件下发生强度不足而断裂破坏。1. 静强度设计,dyP结构几何/材料参数dePf P eyPn G 设计载荷法： 3.1 静强度与稳定性设计2021-12-148yf与一般强度准则的区别：采用设计载荷法能够较好 地反映飞机结构超静定及 重量轻的设计特点。 剩余强度（强度裕度） ：为构件的破坏应力/构件的工作应力；一般控制在1.01.1，结构重量较轻。3.1 静强度与稳定性设计2021-12-1492. 稳定性设计基本概念与现象结构的稳定性： 是指针对结构件，

5、在飞机结构中如桁条等型材、梁缘条、腹板、蒙皮等，在一定载荷方式下，如压载荷或剪切载荷作用，所发生的一类结构内力平衡形态跳跃变化的现象。 稳定平衡 不稳定 w 3.1 静强度与稳定性设计2021-12-1410飞机结构件的失稳现象：1）型材失稳2）板材失稳v杆的总体失稳；v杆的板元件失稳；v薄壁管的失稳a）总体失稳 b）局部失稳1）型材失稳3.1 静强度与稳定性设计2021-12-1411v 板的稳定性：v 板的受压失稳；v 板的受剪失稳。20 .9crK Eb t2mbaKamb2）板材失稳3.1 静强度与稳定性设计2021-12-14123.1 静强度与稳定性设计2021-12-14133.

6、1 静强度与稳定性设计2021-12-1414影响因素：影响因素：构件的构型构件的构型尺寸尺寸边界约束边界约束材质特性材质特性施加载荷施加载荷3.1 静强度与稳定性设计2021-12-1415桁条、缘条类构件的稳定性设计蒙皮、腹板类构件的稳定性设计梁腹板的稳定性设计稳定性设计稳定性设计1. 桁条、缘条类构件的稳定性设计：1）总体失稳临界应力2）局部失稳临界应力3.1 静强度与稳定性设计2021-12-14161）总体失稳临界应力欧拉杆形式计算欧拉杆形式计算22crEIPKl简支：K=1；固支：K4 总体临界失稳应力的设计值：总体临界失稳应力的设计值：22lAEIKAPststcrEE3.1 静

7、强度与稳定性设计2021-12-1417改变杆件的支撑条件 提高剖面惯性矩 减小两端距离 杆件的失稳临界载荷 2）局部失稳临界应力从力学上讲，薄壁型材由几块相互支持的板件组成，为受到压载荷时，某块或某几块甚至全部板件开始发生皱折或屈曲局部失稳： l3.1 静强度与稳定性设计2021-12-14182)/(9 . 0tbKEli单块板局部失稳临界应力： Kbt板件的皱损系数，与板件的边界支撑情况和板件 的长宽比相关； 板件的受载边宽度； 板件厚度。3.1 静强度与稳定性设计2021-12-1419iiliiinnnnnllltbtbtbtbtbtbtbtb.2211222111平均整个板件局部失

8、稳临界应力： 注：剖面形状参数对失稳临界应力影响较大工程设计法，平均取为3.1 静强度与稳定性设计2021-12-1420（ 四边加筋板受压初始失稳后的工作状态及分析方法 ）中间部位先皱褶，但靠近桁材部位，由于支撑较强，仍有较好的承载能力； 继续承受载荷直至与桁材一起发生最后失稳。 2. 蒙皮、腹板类构件的稳定性设计：3.1 静强度与稳定性设计2021-12-1421 分析方法：找到最大承载能力的等效板宽（Von.Karman） 20.9eeKEb t20.9crKEb tcreebb1）假设等效宽板的临界失稳应力仍有形式：2）整个板宽的临界失稳载荷公式为：20.9eebc tKE3.1 静强

9、度与稳定性设计2021-12-1422,crcr ststPfbt,cr skecr stbb3）取e为桁材与等效宽板组合成的“寛柱”失稳的临界应力: 4）工程上常用板宽缩减系数表示 ：e =cr, st ； cr=cr, sk stcrecreKEtbbb,.905）对多桁材支撑的加筋板，总的临界载荷为:迭代问题绝非如此简单问题绝非如此简单 ！1000bbbeestcr0,3.1 静强度与稳定性设计2021-12-1423(加筋板受剪失稳后的工作状态及分析方法) 3. 梁腹板的稳定性设计3.1 静强度与稳定性设计2021-12-1424 理论分析（张力场）进入张力场状态（沿方向板出现皱褶，与板、橼条及立柱的材料和几何相关，250500之间） 3.1 静强度与稳定性设计2021-12-142522sin 2crcr11(2)sin2cr不再变化随外载变化完全张力场（忽略2）非完全张力场（实际）3.1 静强度与稳定性设计2021-12-1426 橼条及立柱在张力场状态下的内力1）橼条 原外加剪力引起弯矩所产生的轴向内力；腹板张力分量引起的横向分布力。2）立柱 原外加剪力的轴向分布力（中间立柱无此力）；腹板张力引起的附加轴向集中力及轴向分布力。3.1 静强度与稳定性设计2021-12-1427张力场型设计（机翼结构