[发明专利]一种飞机机身普通框在弯曲载荷下的应力计算方法

说明书

本发明涉及一种飞机机身普通框在弯曲载荷作用下的应力计算方法，属于飞机结构强度分析技术领域，其包括如下步骤：步骤1：计算飞机总体载荷在普通框处的弯矩M，以及由弯矩M在机身蒙皮和桁条上产生的正应力σ；步骤2：将蒙皮和桁条上产生的正应力σ的合力F等效为轴向力，轴向力产生切面载荷q_m；步骤3：根据切面载荷q_m求出框平面内的最大弯矩M_max；步骤4：根据最大弯矩M_max求出普通框应力σ_q。本发明提供的飞机普通框在弯曲载荷下的应力计算方法，克服了目前普遍使用的有限元法的弊端，使得计算更简便；另外，利用本方法可以在飞机设计初期不用等待结构设计完成后就可以进行普通框应力的计算，使得设计工作进度大幅提前。

技术领域

本发明属于航空结构强度分析技术领域，尤其涉及一种飞机普通框在弯 曲载荷下的应力计算方法。

背景技术

普通框是飞机上最常见的结构，它的作用是承受飞机上的载荷，保持机 身的外形完整，为机身蒙皮提供支持。普通框的强度分析是飞机结构强度分 析的重要内容，是保证飞机安全的基本条件，获取普通框的应力是强度分析 的前提条件。以往的分析方法是利用有限元法，借助计算机完成庞大、复杂 的分析，但是这种分析方法必须要等到结构设计完成后才能进行，会使得强 度设计工作滞后且出现反复。因此，希望有一种计算方法可以在飞机设计初 期简易、快速的完成普通框应力计算。

发明内容

本发明的目的是提供一种飞机机身普通框在弯曲载荷下的应力计算方法， 以解决现有技术中的计算过程滞后、计算精度低、计算时间长等问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种飞机机身普通框在弯 曲载荷作用下的应力计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：计算飞机总体载荷在普通框处的弯矩M，以及由弯矩M在机身 蒙皮和桁条上产生的正应力σ；

步骤2：将蒙皮和桁条上产生的正应力σ的合力F等效为轴向力，轴向力 产生切面载荷q_m；

步骤3：根据切面载荷q_m求出框平面内的最大弯矩M_max；

步骤4：根据最大弯矩M_max求出普通框应力σ_q。

进一步的，所述步骤1中的正应力σ通过公式获得；

其中机身减缩剖面的惯性矩I＝∑(f_ctp+φδ₀b)y²

式中：y为减缩剖面中性轴到任一桁条的距离，f_ct_p为桁条剖面面积，b为 桁条间距，δ₀为机身蒙皮厚度，为机身受压区蒙皮减缩系数， 为蒙皮临界应力，E材料弹性模量，R为机身半径。

进一步的，所述步骤2中的切面载荷q_m通过公式获得：

其中：机身蒙皮有效厚度δ＝φδ₀+f_ctp/b，

式中：a为机身框距，ρ为机身曲率半径；

最终得到切面载荷

进一步的，所述步骤3中最大弯矩M_max通过对切面载荷q_m沿机身普通框 积分得到，

当y取最大值R时，最大弯矩M_max＝0.23q_mR²。

进一步的，所述步骤4中普通框应力σ_q通过公式获得：