飞机结构设计(第3章-31)讲解

问题的现象 力学的实质 基本设计方法
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3.现代飞机结构设计基础
飞机结构设计的总体技术要求 ■飞机结构设计的基本特征
① 安全性/可靠性； ② 维修性/经济性。
① 在保障结构安全/功能可 靠的前提下，重量最轻；
② 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
be b b
cr e
t
迭代
0
0 cr ,st
be0
,
be0 b
1
5）对多桁材支撑的加筋板，总的临界载荷为:
0.9KE cr,st
Pcr cr,st
fst bt
cr
0.9KE
b t 2
K
mb a
a mb
2
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3.1 静强度与稳定性设计
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3.1 静强度与稳定性设计
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3.1 静强度与稳定性设计
构件的构型 尺寸 影响因素： 边界约束 材质特性 施加载荷
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3.1 静强度与稳定性设计
稳定性设计
f
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1.0～1.1，结构重量较轻。
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3.1 静强度与稳定性设计
2. 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，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。
第三章、现代飞机结构设计基础
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
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设计是主导 材料是基础 制造是关键 检测是保障
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第三章、现代飞机结构设计基础
本章内容 3.1 静强度与稳定性设计 3.2 刚度与气动弹性设计 3.3 安全寿命设计 3.4 损伤容限/耐久性设计 3.5 结构可靠性设计
2）整个板宽的临界失稳载荷公式为：
cr
0.9KE
b t2
be b
cr e
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3.1 静强度与稳定性设计
3）取σe为桁材与等效宽板组合成的“寛柱”失稳的临界应力:
σe =σcr, st ； σcr=σcr, sk
4）工程上常用板宽缩减系数表示 ：
be cr,sk
b
cr,st
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3.1 静强度与稳定性设计
单块板局部失稳临界应力：
li
0.9KE
(b
/
t
)
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K ——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；
b ——板件的受载边宽度； t ——板件厚度。
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3.1 静强度与稳定性设计
整个板件局部失稳临界应力：
工程设计法，平均取为
l平均
可靠性是结构正常执行功能的度量
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3.现代飞机结构设计基础
飞机结构的维修性与经济性要求 ：
❖ 要求结构维修的易检性（可达性）（通道、口盖）； ❖ 要求结构的易修理性（修补、更换、拆装）； ❖ 要求维修的经济性。（冰山效应 ， Concord）
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3.1 静强度与稳定性设计
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。
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3.1 静强度与稳定性设计
➢ 分析方法：找到最大承载能力的等效板宽（Von.Karman）
1）假设等效宽板的临界失稳应力仍有形式：
e
0.9KE
be t2
be 2c t 0.9KE e
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
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
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3.1 静强度与稳定性设计
1）总体失稳临界应力 E
欧拉杆形式计算
Pcr
K
2 EI
l2
简支：K=1；固支：K＝4
总体临界失稳应力的设计值：
1. 静强度设计
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。
设计载荷法： Pd f Pe
Pe nyG
Pd ,结构几何/材料参数 y
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与一般强度准则的区别：
y
下不发生疲劳破坏； ❖ 结构在缺陷状态，满足一定飞行周期的承载（损伤容限）。
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3.现代飞机结构设计基础
飞机结构的可靠性要求 :
❖ 满足强度、刚度、安全寿命、损伤容限的可靠性要求； ❖ 结构的变形不能影响操纵、影响相对位置的要求； ❖ 不能出现操纵效能降低、反效甚至失效； ❖ 不能出现颤振临界速度的降低。
b1t1 l1 b2t2 l2 ...... bntn n
b1t1 b2t2 ...... bntn
biti li
biti
注：剖面形状参数对失稳临界应力影响较大
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3.1 静强度与稳定性设计
2. 蒙皮、腹板类构件的稳定性设计：
（ 四边加筋板受压初始失稳后的工作状态及分析方法 ）
E
Pcr Ast
K 2EI
Astl 2
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3.1 静强度与稳定性设计
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 l
局部失稳： 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
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π
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稳定平衡
不稳定
w
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3.1 静强度与稳定性设计
飞机结构件的失稳现象ห้องสมุดไป่ตู้ 1）型材失稳 2）板材失稳
1）型材失稳
❖杆的总体失稳； ❖杆的板元件失稳； ❖薄壁管的失稳
a）总体失稳 b）局部失稳
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3.1 静强度与稳定性设计
2）板材失稳
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❖ 板的稳定性： ❖ 板的受压失稳； ❖ 板的受剪失稳。
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3.现代飞机结构设计基础
飞机结构承载的安全性要求 （五不准）:
❖ 典型飞行工况的最大载荷条件下，不发生强度破坏； ❖ 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； ❖ 结构的刚度特性要保障在飞行临界状态不发生结构颤振； ❖ 结构要有满足长期随机载荷（小于最大载荷）反复作用