一种钛合金型材组合壁板剪切承载能力试验设计方法技术

本申请属于航空材料承载能力试验技术领域，特别涉及一种钛合金型材组合壁板剪切承载能力试验设计方法，包括如下步骤：获取包括型材、腹板的材料和规格、连接形式；获取纵向、横向型材间距，纵向型材的截面结构参数、腹板厚度；形成多种组合壁板试验件；对每一种组合类型进行以稳定性为中心的刚度匹配优化设计；得到轴压壁板试验件主元件结构参数；将该结构参数映射至剪切壁板试验件，以完成对剪切壁板试验件考核区的设计；完成剪切壁板试验件的设计；获取试验载荷进行试验。本申请的剪切承载能力试验设计方法，能够从原理上更加符合机体结构的实际设计方法，从应用层面上更具有普遍适用性，得到试验件的屈曲和破坏载荷等承载能力试验结果。

An experimental design method for shear capacity of composite wall panel with titanium alloy profiles

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金型材组合壁板剪切承载能力试验设计方法
本申请属于航空材料承载能力试验
，特别涉及一种钛合金型材组合壁板剪切承载能力试验设计方法。
技术介绍
钛合金薄壁精密型材由于是一种近终形半成品，具有较高的材料利用率，可降低零件制造成本，提高生产效率，解决薄壁零件机加变形难以控制等问题，是飞机用材中不可缺少的主要品种之一。目前，我国飞机大量选用了进口钛合金薄壁型材，主要以钛合金型材组合壁板形式应用在发动机舱、起落架舱、尾梁、机尾罩、空调系统、防火系统等飞机各部位，单机用量大、品种多、用途广。为实现钛合金型材材料国产化项目，逐步提高国产钛合金型材制造、加工技术成熟度等级并推广应用，按GJB/Z173.4-2014对技术成熟度的评价要求以及GJB7688-2012对技术成熟度的等级定义，应针对实际使用要求，完成技术的工程化样品(试片级)/零件(零件级组合模块)/功能模块(部件级典型件或能体现结构使用特征的典型模拟件)等典型模拟或使用环境验证，实现国产型材在装机部件上的替换以及未来新型号的工程化应用，需要逐步开展作为典型部件级结构钛合金型材组合壁板在各类典型载荷下的承载能力地面验证试验设计，而目前尚无钛合金型材组合壁板在剪切载荷作用下的承载能力试验设计方法。
技术实现思路
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种钛合金型材组合壁板剪切承载能力试验设计方法。本申请公开了一种钛合金型材组合壁板剪切承载能力试验设计方法，其中，包括壁板试验件，所述壁板试验件的主元件包括筋条元件、壁板蒙皮元件，包括如下步骤：步骤一、获取第一参数组，所述第一参数组包括构成筋条元件的型材的不同材料和规格，以及构成壁板蒙皮元件的腹板的不同材料和规格，以及型材和腹板之间不同的连接形式；步骤二、获取第二参数组，所述第二参数组包括筋条元件中纵向型材之间的不同间距、横向型材之间的不同间距；以及不同纵向型材的截面结构参数；以及壁板蒙皮元件中腹板不同厚度；步骤三、根据第一参数组和第二参数组进行组合，形成多种组合壁板试验件；步骤四、以壁板试验件在轴压载荷下的结构稳定性设计要求为主要设计约束，通过迭代计算，对每一种组合类型壁板试验件的主元件参数组合进行以稳定性为中心的刚度匹配优化设计；步骤五、使壁板试验件结构在前提下，在同等重量水平下达到最大化，以完成壁板试验件轴压稳定性设计，得到轴压壁板试验件主元件结构参数；其中，σcr为壁板试验件的临界屈服应力，为壁板试验件的许用压缩破坏强度为壁板试验件的发实际压损破坏强度；步骤六、将轴压壁板试验件主元件结构参数映射至剪切壁板试验件，从而得到剪切壁板试验件主元件结构参数，以完成对剪切壁板试验件考核区的设计；步骤七、结合工程实际对剪切壁板试验件进行总体构型、边界设计和夹持区设计，以完成剪切壁板试验件的设计；步骤八、获取针对所述剪切壁板试验件的试验载荷，进行所述剪切壁板试验件剪切载荷承载能力验证试验。根据本申请的至少一个实施方式，所述步骤一和步骤二中的材料包括钛合金TA15、钛合金TC2。根据本申请的至少一个实施方式，所述步骤一中，所述型材和腹板之间不同的连接形式包括点焊连接、铆接、激光焊、氩弧焊。根据本申请的至少一个实施方式，所述步骤二中，不同纵向型材的截面结构参数包括筋条间距、蒙皮厚度、筋条腹板厚度、筋条连接边厚度、筋条腹板宽度、筋条连接边计算宽度。根据本申请的至少一个实施方式，所述步骤七中，对剪切壁板试验件进行总体构型包括：在考核区设置偶数根筋条，设置对应筋条间距的蒙皮宽度。根据本申请的至少一个实施方式，所述筋条的数量为4根，以及设置3个筋条间距的考核区蒙皮宽度。根据本申请的至少一个实施方式，所述步骤七中，对剪切壁板试验件进行边界设计包括：在考核区按铰支连接设计，在考核区蒙皮横向边界沿轴向设计采用典型连接方式的型材筋条，形成纵向铰支边界，在考核区纵向边界设置单排铆接隔框，形成横向铰支边界，以完成考核区边界条件设计。根据本申请的至少一个实施方式，在考核区上、下边界设置钣弯隔框，并用角片与筋条连接。根据本申请的至少一个实施方式，所述步骤七中，对剪切壁板试验件进行夹持区设计包括：剪切壁板试验件蒙皮厚度比考核区蒙皮厚度大0.5mm～1mm，在加载边增加钛补强板或钢补强板，同时，相邻加载边的长度和宽度相等。本申请至少存在以下有益技术效果：本申请的钛合金型材组合壁板剪切承载能力试验设计方法，以稳定性工程计算理论为基础，设计钛合金型材组合壁板剪切载荷承载能力验证试验件，相比较传统的典型结构参数映射设计方法，本申请能够从原理上更加符合机体结构的实际设计方法，从应用层面上更具有普遍适用性，得到试验件的屈曲和破坏载荷等承载能力试验结果；另外，本申请的试验设计方法同时考虑了成本控制因素，基于现有工程计算理论的特点又能够保证方法的合理性、适用性和可靠性，应用范围广泛，具有很高的可实现性及工程应用价值。附图说明图1是本申请钛合金型材组合壁板剪切承载能力试验设计方法中加筋组合壁板剪切载荷稳定性计算单元示意图；图2是钛合金型材组合壁板剪切试验件结构形式示意图(以型材点焊连接形式为例)；图3是钛合金型材组合壁板剪切试验件结构形式正视图(以型材点焊连接形式为例)；图4是图3中A-A剖视图；图5是一具体实例中典型结构件的等轴视图(局部)；图6是一具体实例中典型结构件的俯视图(局部)；图7是另一具体实例中典型结构件的等轴视图(局部)；图8是另一具体实例中典型结构件的俯视图(局部)。具体实施方式为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。本申请的目的是提出的一种全新的钛合金型材组合加筋壁板在剪切载荷下的承载能力验证试验设计方法，重点和核心在于试验件构型设计的方法创新。其主要的创新点为：由于在现代飞机设计规范中对于壁板类零件的主要强度、刚度设计要求为限制在使用载荷(67％)下结构不允许发生局部屈曲，因此可用的加筋板压缩强度受到1.5倍临界屈服应力σcr的限制，往往使小于加筋板实际可达到的压缩破坏强度不能充分发挥结构潜力，因此在飞机结构设计中需要调整壁板结构的结构参数，保证而对于机体结构中的薄壁组合加筋壁板，其作为主要承受中等及以下应力水平、以稳定性为主要设计要求的典型结构，在机体整个受力系统中所承受的载荷多为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛合金型材组合壁板剪切承载能力试验设计方法，其中，包括壁板试验件，所述壁板试验件的主元件包括筋条元件、壁板蒙皮元件，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一、获取第一参数组，所述第一参数组包括构成筋条元件的型材的不同材料和规格，以及构成壁板蒙皮元件的腹板的不同材料和规格，以及型材和腹板之间不同的连接形式；/n步骤二、获取第二参数组，所述第二参数组包括筋条元件中纵向型材之间的不同间距、横向型材之间的不同间距；以及不同纵向型材的截面结构参数；以及壁板蒙皮元件中腹板不同厚度；/n步骤三、根据第一参数组和第二参数组进行组合，形成多种组合壁板试验件；/n步骤四、以壁板试验件在轴压载荷下的结构稳定性设计要求为主要设计约束，通过迭代计算，对每一种组合类型壁板试验件的主元件参数组合进行以稳定性为中心的刚度匹配优化设计；/n步骤五、使壁板试验件结构在

【技术特征摘要】
1.一种钛合金型材组合壁板剪切承载能力试验设计方法，其中，包括壁板试验件，所述壁板试验件的主元件包括筋条元件、壁板蒙皮元件，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、获取第一参数组，所述第一参数组包括构成筋条元件的型材的不同材料和规格，以及构成壁板蒙皮元件的腹板的不同材料和规格，以及型材和腹板之间不同的连接形式；
步骤二、获取第二参数组，所述第二参数组包括筋条元件中纵向型材之间的不同间距、横向型材之间的不同间距；以及不同纵向型材的截面结构参数；以及壁板蒙皮元件中腹板不同厚度；
步骤三、根据第一参数组和第二参数组进行组合，形成多种组合壁板试验件；
步骤四、以壁板试验件在轴压载荷下的结构稳定性设计要求为主要设计约束，通过迭代计算，对每一种组合类型壁板试验件的主元件参数组合进行以稳定性为中心的刚度匹配优化设计；
步骤五、使壁板试验件结构在前提下，在同等重量水平下达到最大化，以完成壁板试验件轴压稳定性设计，得到轴压壁板试验件主元件结构参数；其中，σcr为壁板试验件的临界屈服应力，为壁板试验件的许用压缩破坏强度为壁板试验件的发实际压损破坏强度；
步骤六、将轴压壁板试验件主元件结构参数映射至剪切壁板试验件，从而得到剪切壁板试验件主元件结构参数，以完成对剪切壁板试验件考核区的设计；
步骤七、结合工程实际对剪切壁板试验件进行总体构型、边界设计和夹持区设计，以完成剪切壁板试验件的设计；
步骤八、获取针对所述剪切壁板试验件的试验载荷，进行所述剪切壁板试验件剪切载荷承载能力验证试验。


2.根据权利要求1所述的钛合金型材组合壁板剪切承载能力试验设计方法，其特征在于，所述步骤一和步骤二中的材料包括钛合金TA15、钛合金TC2。


3.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑涵天，陈东梅，王钦，穆泉旭，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21