飞机结构设计(第3章-3.1)分解

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
P e ny G
Pd , 结构几何/材料参数 y
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3.1 静强度与稳定性设计
与一般强度准则的区别：


y
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。
E
P cr K
2 EI
l
2
简支：K=1；固支：K＝4
总体临界失稳应力的设计值：
Pcr K 2 EI E Ast Ast l 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 杆件的失稳临界载荷
减小两端距离 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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3.1 静强度与稳定性设计
单块板局部失稳临界应力：
0.9KE li 2 ( b / t )
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； ——板件厚度。
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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。
可靠性是结构正常执行功能的度量
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π
稳定平衡
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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： 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
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b）局部Leabharlann Baidu稳
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3.1 静强度与稳定性设计
2）板材失稳
板的稳定性： 板的受压失稳； 板的受剪失稳。
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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 ）
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
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
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
问题的现象
力学的实质 基本设计方法
0.9 KE
cr
b t
2
mb a K mb a
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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
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
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3.1 静强度与稳定性设计
桁条、缘条类构件的稳定性设计 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 欧拉杆形式计算
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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 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）。
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。

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
0.9 KE
be t
2
be 2c t 0.9KE e
2）整个板宽的临界失稳载荷公式为：
cr
0.9KE
b t
2
be b
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cr e
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3.4 损伤容限/耐久性设计
3.5 结构可靠性设计
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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； 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。
② 维修性/经济性。
维修是使用过程的安全性保障
t
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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
b1t1 l1 b2t2 l 2 ...... bntn n bi ti li b1t1 b2t2 ...... bntn biti
注：剖面形状参数对失稳临界应力影响较大
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
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