第3章飞机结构分析与设计基础

3.2结构传力分析的基本方法
3.2.1传力分析的目的 “传力分析”的一般含义如下：当支承在某基础
上的一个结构受有某种外载荷，分析这些外载荷如何 通过结构的各个元件逐步向支承它的基础传递，此过 程称为结构的传力分析。
3.2.2对实际结构进行传力分析的基本方法
（1）对实际结构进行合理简化，略去次要元件和 次要部分； （2）对简化了的具体结构和各元件之间的连接关 系进行分析简化； （3）依次选取结构的各个部分为分离体进行受力 平衡分析。
K=EF/L，
P1 K1 P2 K2
在各种形式载荷作用下，静不定结构中各元件分担的 载荷均可按下式计算：
Pi
Ki
K
i
P
3.16(b)，广义力为弯矩，广义位移为转角:
K
EJ l
3.16(c)，广义力为剪力，广义位移为挠度:
K
3EJ l3
3.16(d)，广义力为扭矩，广义位移为扭角:
K GJt l
注意：刚度分配法要满足“平剖面 ”假 设
飞机结构设计
第3章 飞机结构分析与设计基础
3.1基本元件的承力特性
尽管一架飞机的机体是由成千上万个零件组 成，其构造相当复杂，但仍然可以认为它是由一 些最基本的元构件组成的。
3.1.1基本元构件及其受力特性
一、紧固件 常用的紧固件有铆钉、螺栓和螺钉。 (1)铆钉：通常把它设计成传剪的受力状态
(2) 螺栓：螺栓既可受剪也能受拉，视具体情况而定.
RA
11 P 16
0.69P
RB
5 16
P
0.31P
规律2：力的传递与支持点的刚度有关，向刚度大 的支持点传递得多。
(b) ：
RB
5P 16(1 3EJ
C)
5 16
P
L3
(c) ：当A、B两点支持刚度一样时，RA= RB；MA = MB； 当A点刚度比B点刚度大时，因为D点要求位移同样多
，才能使DA与DB在D点保持连续。因此，向A边传递的
(3) 螺钉主要用于压紧被连接的零构件，螺钉本身主 要处于受拉状态
二、受力元件 (1)杆——只能承受(或传递)沿杆轴向的分散力或
集中力。 如：长行、翼梁缘条等
(2) 薄板——适合承受在板平面内的分布载荷 如：机翼的墙、翼梁和翼肋的腹板
(a)薄板受剪 (剪切、稳定性）
(b) 薄板受拉；
(c) 薄板受集中力 （附加构件扩散 为分布力）
b =420MPa
在P力作用下，可求得=P/F=400kN，b，强度
足够。若在杆中点C处单独作用一横向集中力Q，并
取max＝b，则可求出此杆所能承受的最大横向力
仅为750N。
结构设计:尽量使构件按各自的受力特性来 受载，“扬长避短”，才能充分发挥材料的 潜力
传力分析：按各自的传力特性合理简化各构 件、元件(如对梁的缘条可简化为杆元处理， 忽略其承弯能力)，这样既可使分析工作大 大简化，又不致引起太大的误差。
(3) 厚板 各种力（分布、集中，剪力、拉压力）
三、受力构件 (1) 平面板杆结构 它由位于同一平面内的板、杆组成，适合 受作用在该平面内的载荷。因杆宜于受轴向力， 因此可沿板杆结构上的任何杆件加以沿杆轴线 方向的力。四边形薄板受剪。
图3.3板、杆间只传递剪流
由薄板与杆组成的板杆结构中，三角形板不 受载 。
图3.4 板杆结构中的三角形板不受载
厚板是可以承受正应力的。此时，虽然板能直接受 拉，但并不把此力以横向载荷形式传给杆(图3.5)。为 了计算方便，往往把板的抗拉能力折算到杆上去，结 构仍然简化成受剪板和受轴力杆。
图3.5 AB、CD、EF杆不受板内的法向载荷
（2) 平面梁 平面梁可以是薄壁结构组合梁，也可以是整体
3.1.2基本元构件传力的充分条件I边界条 件
一、杆元件的传力条件 杆元传力的充分条件是杆端头或者杆边有支
持。
(a) 杆元不能承力，也不能传力 (b)、(c)、(d)的杆元能受力和传力。
二、板元的传力条件 板元要能传递剪力，必须四边支持。
图3.10 板元的传力条件
三、平面薄壁梁的传力条件
平面薄壁梁受力的边界条件是至少应有不在一条直线 上的三个约束。而且三个约束(点)的相互位置要合理。
受力特性都是相对于结构所能够受力的大小和变形 要求而言的。即在通常所需承受的载荷数值下，构件 不破坏或变形不超过允许值时就认为它能传递此力， 反之就认为不能传递。
图3.8 双支点圆杆的受载 图3.8 双支点圆杆的受载
已 知 杆 的 剖 面 面 积 F=40mm2 ， 长 度 l=80mm ， 拉 力 P=16000kN，材料的弹性模量E=72000MPa，破坏强度
梁，它适合于承受梁平面内的载荷。
(a)－平面薄壁梁；(b)－框；(c)－整体翼梁:
(3) 空间薄壁结构与厚壁筒
厚壁筒与空间 薄壁结构(如带腹板 的封闭周缘的薄壁 梁、盒式结构等)经 过合理的安排，可 承受空间任意方向 的力。
图3.7 空间薄壁结构和厚壁筒 (a)－空间盒式结构；
(b)－周缘封闭的薄壁梁
3.1.3基本元构件传力的充分条件II力的作用点
力的作用位置应该是传力元构件能接受的地方。
对于构架，力必须作用在节点上；
图3.1Байду номын сангаас 桁架结构中力的作用点
对于板元，只能承受分散的剪流和正应力。
前面讲到杆元不能承受垂直杆轴线的垂直力；板 元不能承受垂直板平面的力等，都是相对概念，不能 绝对化。比如，由桁条(杆元)、肋(杆元)和蒙皮组成 的构件，受到局部气动载荷时，它们是能传递这部分 垂直力的(后面课程内容还要具体分析)。但是，局部 气动载荷均较小，引起的变形不超过允许值，并且不 影响主要受力情况。
力较多。
三、静不定结构中力的刚度分配法
静不定结构 中，力在各元件中的分配除了与各 元件(或支座)的几何尺寸及作用力的相对几何位置 有关外，还与各元件本身的刚度和支持刚度有关 。
静不定结构中力按刚度分配
拉伸变形协调条件为： l1 l2
P1l1 P2l2 E1F1 E2F2
P1 P2 K1 K2
3.2.3结构的传力特性
一、静定结构的传力特性 静定结构中力的分配是确定的，只与结构的
几何尺寸和力的作用位置有关，与元件本身的刚 度(几何剖面大小、物理性能)无关。
图3.14 静定结构中的载荷分配
二、超静定结构中，支持条件对传力的影响 规律1：其他条件相同时，力向限制变形多(支持
刚度大)的支点传得多。