飞机结构力学

发布 2021-05-30 23:04:28 阅读 5972

扭转闭口断面的薄壁结构具有较大的扭转刚度,在飞机结构中得到广泛应用。单闭室断面的薄壁结构或薄壁管在受扭矩时的剪应力τ和单位长度相对扭转角θ分别为:

t=t/2at θ=ts/4a^2gt

式中t为扭矩,a为薄壁中线所包的面积,t为管壁厚度,g为材料剪切模量,s为薄壁中线的周长。

剪滞薄壁结构的剪切变形较大,工程梁理论中平断面假设往往不再正确。随机翼断面向翼根移动,盒形梁中部桁条的正应力的增加较翼梁处缘条的正应力的增加在位置上要滞后一些。

屈曲薄壁结构中有许多形式的屈曲。除简单受拉的情况没有屈曲问题外,薄板在板中面内受压、受剪,薄壁梁受弯、受扭,薄壁壳体受外压等都会发生屈曲现象。圆筒受轴向压力时抵抗屈曲的能力比平板要高得多,经典理论的结果是在假设圆筒具有理想几何形状下得到的,实际上由于初始缺陷和边缘条件的影响,试验值比理论值要低得多。

有效宽度平板在屈曲后还能继续承担轴压。靠近桁条或缘条的那部分薄板,由于支承的限制,不能自由地凹凸,因而能有效地承受轴压,而离两侧支承较远的薄板,可以自由凹凸,几乎不能承担轴压。一般认为在有效宽度以内的薄板,将随同它附着的桁条共同承受轴压,直至所组合成的直柱再一次达到它的临界载荷,结构才最后毁坏。

有效宽度以外的薄板则可认为不再受力。有效宽度的经验公式为:

be=1.9(√e/σ)t

式中e为材料的弹性模量,σ为轴向压力。对于常用的铝合金可取 be≈(30~40)t。也就是说薄壁在失稳时并未毁坏,只是应力分布改变了,整个结构仍在继续支承载荷,直到整体毁坏为止。

张力场梁梁的腹板在受剪失稳后仍能继续承载,这时,受力方式改变成沿波纹的峰与谷方向的斜向张力,而薄板梁就变成桁架式结构,称为张力场梁。

在张力场梁中,上下缘条既作为桁架的一部分承受水平拉压,又作为连续梁承受腹板给它的向心张力。腹板张力的极限值为材料的屈服强度。

压力舱压力舱承受内外压差p时产生的纵向和周向的薄膜应力tl和th都可根据法向平衡条件求得:

th/rh=tl/rl=p

式中rh和rl分别为舱体沿周向和纵向的主曲率半径。

座舱有窗孔或门孔时,通常加强孔周,尽量使远离孔边的膜应力不发生变化,也就是使孔边沿的加强件恰能代替孔所挖去的部分,这种孔称为中性孔。对孔边沿作过多的加强,并不一定有利,何况,中性孔也不是唯一的设计措施。

编辑本段]发展趋势。

随着飞机结构型式的变化和应用电子计算机技术的现代计算力学的发展,飞机结构力学的内容在不断地发展和更新,有限元素法在飞机和其他飞行器结构分析中得到广泛应用,为复杂结构分析提供了一种快速而又精确的手段,许多过去在结构力学中认为难以解决的高度静不定问题已能迎刃而解。初期的飞机结构力学以静力学为主,飞机事故分析向结构力学提出过一系列课题,如气动弹性、疲劳与断裂、热强度等问题。这些原来属于飞机结构力学范围内的课题,逐步发展形成了独立的分支学科。

此外,还出现了最优化方法、复合材料力学、统计结构力学等一些新的分支。

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