[发明专利]一种飞行器薄壁结构传载特性同材料模型试验设计方法

说明书

本发明属于结构/强度试验技术领域，涉及一种飞行器薄壁结构传载特性同材料模型试验设计方法。本发明提供一种飞行器薄壁结构传载特性同材料模型试验设计方法，可以在保证结构处于平面应力状态范围内调整结构厚度的缩放比例，来消除工程制造困难。通过模型试验可以成倍地缩短试验周期与规模，节约成本，并降低飞行器方案论证阶段的设计风险。

技术领域

本发明属于结构/强度试验技术领域，涉及一种飞行器薄壁结构传载特性同材料模型试验设计方法。

背景技术

对于特定的飞行器结构设计方案，需要通过静力模型试验，对结构效率进行准确、快速评估，验证数值分析结果。飞行器薄壁结构承受的所有外载荷主要由面内载荷平衡，例如上下壁板的拉压与梁腹板的剪切共同抵抗机翼的弯曲，蒙皮、肋腹板、梁腹板的剪切抵抗机翼的扭转。

在设计静力模型试验来验证结构的传载特性时，若缩放比例较大，薄壁结构的厚度与面内尺寸采用相同的缩放比例，在实际工程制造过程中会存在难以克服的困难。因此，需要寻求飞行器薄壁结构的静力模型试验设计方法。

发明内容

本发明的目的：提供一种飞行器薄壁结构传载特性同材料模型试验设计方法，针对较大的缩放比例消除工程制造困难。

本发明的技术方案：一种飞行器薄壁结构传载特性同材料模型试验设计方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：

步骤一，确定模型机的外形尺寸和厚度缩放比例：L_原型/L_模型＝C_L、t_原型t_模型＝C_t；并选择与原型机相同的材料，弹性模量C_E＝E_原型/E_模型＝1、泊松比C_μ＝μ_原型/μ_模型＝1；

其中，调整薄壁结构厚度的缩放比例，保证薄壁结构的厚度t与长或宽b的比满足t/b≤1/80；

设定其他物理量的相似比，应力相似比：C_σ＝σ_原型/σ_模型；应变相似比：C_s＝ε_原型/ε_模型；位移相似比：C_δ＝δ_原型/δ_模型；面积力相似比：C_q＝q_原型/q_横型；

步骤二，根据相似理论与方程分析法导出如下相似指标

几何方程：

物理方程：

力边界条件：

上述相似指标只限于面内的应力、应变分量，这里的q为单位面积上作用的载荷，如果载荷为集中力或集中力矩则对应的相似指标为：

集中力：

集中力矩：

步骤三，保证原型与模型中的应力应变不变，即C_ε＝1、C_σ＝1。根据步骤二中相似指标计算模型试验中施加的载荷和所测得位移与原型的关系

模型试验中，保证与原型具有相同的约束，并施加如下载荷

施加的载荷级数以模型试验所测位移、应变处于线性段为基准进行调整，并由模型试验中测得的线性段物理量，按照如下关系式反推原型的物理量：