Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Нагружение элементов фюзеляжа в районе вырезов



Фюзеляжи современных ВС представляют собой, как правило, тонкостенную оболочку, подкрепленную дискретными силовым набором. Поэтому нанесение различных вырезов, без которых нельзя обойтись в реальных конструкциях, вносит существенные изменения в нагружение элементов фюзеляжа.

Наиболее характерными зонами, где наносятся вырезы на фюзеляже транспортных ВС, являются входные, служебные и аварийные двери и люки, оконные панели пассажирских салонов, люки багажных, грузовых и технических отсеков и т.п. (рис. ).

Рис. Наиболее характерные зоны, где наносятся вырезы на фюзеляже транспортных самолетов

 

Вырезы ослабляют прочность оболочки фюзеляжа, поэтому вырез компенсируют силовыми люками, которые включаются в работу каркаса фюзеляжа с помощью силовых замков. Силовые замки – это специальные силовые элементы, которые обеспечивают передачу нормальных и сдвигающих усилий на крышку, закрывающую люк, тем самым включая ее в работу.

Если люки должны открываться в полете, такую компенсацию выполнить не удается, поэтому выполняют такие люки выполняют несиловыми. К несиловым люкам относятся створки ниш шасси, створки грузовых люков транспортных самолетов и т.д.

Небольшие вырезы типа смотровых лючков не влияют на работу общей силовой схемы корпуса. Наличие таких вырезов приводит лишь к местному ослаблению конструкции, которое сравнительно легко устраняется постановкой соответствующих накладок (окантовок).

Люки, закрытые силовыми крышками даже значительных размеров, также практически не влияют на работу общей силовой схемы корпуса.. Крышки таких люков крепятся к каркасу специальными замками или винтами, которые обеспечивают передачу нормальных и сдвигающих усилий на крышку люка, тем самым включая ее в работу силовой схемы корпуса.

Большие вырезы, не закрытые силовыми крышками, оказывают существенное влияние на характер нагружения участков корпуса, расположенных в районе выреза. Чтобы компенсировать потерю прочности конструкции, вызванных вырезом, последний окантовывают по продольным границам усиленными стрингерами (бимсами – от англ. - «балки»), а по краям – усиленными шпангоутами. Шпангоуты стремятся выполнить со сплошными стенками, если это возможно по условиям объемной компоновки. Бимсы обычно изготовляются в виде мощных прессованных профилей или тонкостенных замкнутых балок (рис. ). Бимсы не заканчиваются у границ выреза, а продолжаются и в замкнутую часть корпуса на длину Δl (см. рис. ), на которую оказывает влияние вырез. Длина Δl зависит от относительных размеров выреза, от жесткостей шпангоутов, обшивки и стингеров на участке корпуса в районе выреза. Приближенно длину Δl принимают равной ширине выреза В.



Рис. Схема выреза в грузовом отсеке корпуса Рис. Сечение по бимсу, представляющему собой тонкостенную замкнутую балку

Расчет корпуса в районе выреза проведем отдельно для случая изгиба и кручения.


 

Расчет на изгиб

Нормальные напряжения

На участке выреза, а также на достаточном удалении от границ выреза (на расстоянии, большем Δl), нормальные напряжения определяются по формулам:

· нормальные напряжения от изгибающего момента в любом элементе сечения

σм = Myi/Jφ;

от осевых сил

σN = N/Fφ.

Здесь Jφ и Fφ – момент инерции и площадь редуцированного сечения;

yi - расстояние от нейтральной оси редуцированного сечения до i– го элемента.



 

В общем случае стрингеры и обшивка работают с различными редукционными коэффициентами. Удобно ввести понятие приведенной ширины обшивки 2c и, присоединяя площадь обшивки 2cδоб к площади стрингера fстр,заменить приближенно действительное сечение корпуса дискретной системой (рис. ).

   
Рис. Геометрические параметры сечения цилиндрического корпуса Рис. Расчетная схема для сечения корпуса в виде дискретной (несплошной) оболочки

 

 

Геометрические характеристики приведенного сечения определяются следующими формулами.

Редуцированная площадь сечения

Fφ = ∑( fстр, + 2cδоб),

редуцированный момент инерции сечения

 

Jφ = ∑( fстр, + 2cδоб) yi2.

 

Здесь δоб – толщина обшивки;

fстр - площадь стрингера;

2c - приведенная ширина обшивки для сжатой зоны;

2c = b√( σкр. об/ σразр. стр)

 

σразр. стр - разрушающее напряжение стрингера;

σкр. об - критическое напряжение (сжатия) обшивки, определяемое экспериментальным путем или в первом приближении по формулам и графикам, приводимым в справочной литературе.

Иногда в качестве расчетной схемы сечения принимают условно гладкую оболочку (рис. ), в которой влияние стрингеров учитывается увеличением толщины обшивки. Расчетная приведенная толщина обшивки δ в этом случае

 

δ = (∑( fстр, + 2cδоб))/2πR.

 

При равномерном распределении стрингеров по корпусу

δ = ( fстр, + 2cδоб)/b.

Здесь b – длина дуги между стрингерами.

 

В бесстрингерных конструкциях

 

δ = δоб.

 

Для расчетной схемы сечения корпуса в виде гладкой сплошной оболочки (рис. ) приведенная площадь сечения

Fφ =2πRδ,

момент инерции приведенного сечения

Jφ = πR3δ.

Рис. Расчетная схема для сечения корпуса в виде гладкой сплошной оболочки

 

При этом формулы для нормальных напряжений перепишутся так:

σм = Myi/Jφ = Myi/(πR3δ) =(Mcos α)/(πR2δ);

σN = N/Fφ. = N/(2πRδ).

 

Суммарное нормальное напряжение от изгибающего момента M и нормальной к сечению силы N

 

σсум = σм+ σN.

 

 

Распределение нормальных напряжений в сечении показано на рис. .

Коэффициент избытка прочности корпуса можно определить по формуле

η = σразрсум,

где σсум – напряжение в наиболее нагруженном элементе.

 

Для растянутой и сжатой зон обычно коэффициенты избытка прочности имеют разные значения.

 

Касательные напряжения

Погонные касательные усилия в обшивке при изгибе корпуса определяются по формуле

 

qизг =(QконSφ )/Jφ,

(формула Д.И. Журавского

τизг =(QконSφ)/(Jφ b) ,

 

где b – ширина продольного сечения; касательные напряжения τизг, возникающие в продольных сечениях стержня при поперечном изгибе, в верхних и нижних точках сечения равны нулю).

 

Qкон=Q – (M·γ)/ 2Rδ,

Qкон – поперечная сила в сечении корпуса с учетом его конусности (рис. );

γ – угол конусности конической части корпуса;

Sφ = ∑( fстр, + 2cδоб)yi статический момент редуцированного сечения, отсчитываемый от точки О;

Jφ = ∑( fстр, + 2cδоб) yi2 – редуцированный момент инерции сечения.


Рис. Схема, иллюстрирующая действие сил и моментов в сечении конического корпуса

 

Касательные напряжения изгиба в любой точке контура

τизг = qизгоб.

Если в качестве расчетной схемы принять условно гладкую оболочку (рис. ), то

Sφ=R2δsin α.

Рис. Схема распределения погонных касательных сил изгиба по сечению гладкой оболочки цилиндрического корпуса Рис. Схема совместного нагружения корпуса поперечной силой и крутящим моментом

 

 

При этом из

qизг =(QконSφ)/Jφ,

с учетом

Jφ = ∑( fстр, + 2cδоб) yi2 и

 

Sφ=R2δ.

получим

qизг =(QконSφsin α)/π R

и

τизг = qизгоб =(QконSφsin α)/π R δоб.

 

Максимальные значения касательных напряжений получаются у нейтральной оси (при α = π/2, см. рис. ).

 

Если корпус нагружен к тому же крутящим моментом ( рис. ), то к напряжениям изгиба τизг необходимо добавить касательные напряжения от кручения

τк = Mк/2F δоб = Mк/2 π R2 δоб.

 

Суммарные касательные напряжения

τсум = τизгк.

 


Просмотров 1054

Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2020 год. Все права принадлежат их авторам!