一种复合受载壁板进张力场后的紧固件载荷计算方法技术

本发明专利技术公开了一种复合受载壁板进张力场后的紧固件载荷计算方法，述复合受载壁板包括由长桁、竖筋构成的矩形骨架，在矩形骨架外部包覆有蒙皮，蒙皮通过紧固件与矩形骨架连接；所述方法包括：以壁板的中心为原点建立坐标系；计算壁板进张力场应力状态后剪应力产生的对角拉伸应力与纯剪应力分量；基于所述对角拉伸应力与纯剪应力分量，通过角度变换计算壁板进张力场后名义剪应力产生的应力状态；叠加壁板名义正应力，计算壁板进张力场后的最终应力状态；分别计算壁板x方向和y方向紧固件载荷。本方法弥补了传统计算方法在理论上没有考虑张力场对角拉伸角度对紧固件载荷合力影响的不完备性，提高壁板进张力场后紧固件载荷理论计算的准确性。计算的准确性。计算的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种复合受载壁板进张力场后的紧固件载荷计算方法


[0001]本专利技术属于结构静强度设计领域、壁板张力场强度分析方向，涉及一种复合受载壁板进张力场后的蒙皮对缝紧固件载荷计算方法。

技术介绍

[0002]薄壁加筋结构广泛应用于航空航天等领域，由于薄壁加筋结构的特征，导致结构在承受剪切载荷下会发生剪切失稳现象，随后进入张力场受载状态继续承载。合理利用壁板进入张力场受载，对于提高结构利用效率、减轻结构重量起到非常重要的作用。准确计算壁板进入张力场后紧固件载荷，是壁板结构设计、强度校核的基础。目前现有的壁板进张力场后紧固件载荷的计算方法没有考虑复合受载下张力场对角拉伸角度对紧固件载荷的影响，导致壁板进张力场后紧固件载荷计算精度不高，对后续紧固件强度校核产生不利影响。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种复合受载壁板进张力场后的紧固件载荷计算方法，用以弥补传统计算方法在理论上没有考虑张力场对角拉伸角度对紧固件载荷合力影响的不完备性，提高壁板进张力场后紧固件载荷理论计算的准确性。
[0004]为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种复合受载壁板进张力场后的紧固件载荷计算方法，所述复合受载壁板包括由长桁、竖筋构成的矩形骨架，在矩形骨架外部包覆有蒙皮，蒙皮通过紧固件与矩形骨架连接；所述方法包括：
[0006]以壁板的中心为原点建立坐标系；
[0007]计算壁板进张力场应力状态后剪应力产生的对角拉伸应力与纯剪应力分量；
[0008]基于所述对角拉伸应力与纯剪应力分量，通过角度变换计算壁板进张力场后名义剪应力产生的应力状态；
[0009]叠加壁板名义正应力，计算壁板进张力场后的最终应力状态；
[0010]分别计算壁板x方向和y方向紧固件载荷。
[0011]进一步地，所述以壁板的中心为原点建立坐标系，包括：
[0012]以壁板的中心为原点o，以壁板的长桁方向为x轴，壁板的竖筋方向为y轴，建立壁板局部坐标系xoy；当壁板受到载荷时，记壁板在x方向、y方向的正应力分别为σ
x0
,σ
y0
，记xy平面内的剪应力为τ，则σ
x0
,σ
y0
,τ构成壁板的名义应力状态。
[0013]进一步地，当τ≥τ
cr
时，壁板剪切失稳，进入张力场应力状态，其中壁板蒙皮剪切临界失稳应力τ
cr
，记壁板不完全张力场的波纹角α；所述壁板蒙皮剪切临界失稳应力τ
cr
和波纹角α可通过四边简支矩形板剪切失稳理论得到。
[0014]进一步地，计算壁板进张力场应力状态后剪应力产生的对角拉伸应力与纯剪应力分量，包括：
[0015]对角拉伸应力σ
TD
的具体计算公式为：
[0016][0017]式中τ为壁板剪应力，α为波纹角，k为张力场系数，计算公式为：
[0018][0019]上式中，th()表示双曲正切；
[0020]壁板纯剪应力分量τ
s
的计算公式为：
[0021]τ
S
＝(1
‑
k)τ。
[0022]进一步地，基于所述对角拉伸应力与纯剪应力分量，通过角度变换计算壁板进张力场后名义剪应力产生的应力状态，包括：
[0023]将计算得到的对角拉伸应力σ
TD
和纯剪应力分量τ
s
转换到壁板局部坐标系xoy下，计算公式如下：
[0024][0025]σ
y
＝kτtanα
[0026]τ
xy
＝τ。
[0027]进一步地，所述叠加壁板名义正应力，计算壁板进张力场后的最终应力状态，包括：
[0028]将壁板进张力场后名义剪应力产生的应力状态与所述壁板的名义应力状态中x方向、y方向的正应力σ
x0
,σ
y0
进行叠加，具体公式如下：
[0029][0030]σ
y
＝kτtanα+σ
y0
[0031]τ
xy
＝τ。
[0032]进一步地，计算壁板x方向紧固件载荷的公式为：
[0033]x方向固件载荷：
[0034][0035]其中t为蒙皮厚度，s为紧固件间距。
[0036]进一步地，计算壁板y方向紧固件载荷的公式为：
[0037]y方向固件载荷：
[0038][0039]与现有技术相比，本专利技术具有以下技术特点：
[0040]本专利技术通过对进张力场后壁板应力状态的研究，考虑了进张力场后剪切应力状态变化(大小、方向)对紧固件载荷合力的影响，最终给出了复合受力壁板进张力场后对缝连接紧固件载荷的理论计算公式。本方法不仅提高了复合受力壁板进张力场后对缝连接紧固件载荷的计算精度，同时为后续紧固件强度校奠定了理论基础。
附图说明
[0041]图1为计算壁板进张力场后名义剪应力产生的对角拉伸应力与纯剪应力分量的示意图；
[0042]图2为计算壁板进张力场后名义剪应力产生的应力状态的示意图；
[0043]图3为计算壁板进张力场后的最终应力状态的示意图；
[0044]图4为计算壁板进张力场后各方向紧固件载荷的示意图。
具体实施方式
[0045]本专利技术从壁板复合受载的应力状态出发，研究壁板进入张力场后应力状态的变化，进而给出了复合受载下壁板进张力场紧固件载荷计算公式，该公式考虑了对角拉伸角度对紧固件载荷的影响，因此更精确地反映紧固件在壁板进张力场后实际的载荷。
[0046]参见图1至图4，本专利技术公开了一种复合受载壁板进张力场后的紧固件载荷计算方法，所述复合受载壁板包括由长桁、竖筋构成的矩形骨架，在矩形骨架外部包覆有蒙皮，蒙皮通过紧固件与矩形骨架连接；所述紧固件例如可以为螺栓、铆钉等；所述方法包括以下步骤：
[0047]步骤1，以壁板的中心为原点o，以壁板的长桁方向为x轴，壁板的竖筋方向为y轴，建立壁板局部坐标系xoy；当壁板受到载荷时，记壁板在x方向、y方向的正应力分别为σ
x0
,σ
y0
，记xy平面内的剪应力为τ，则σ
x0
,σ
y0
,τ构成壁板的名义应力状态；
[0048]当τ≥τ
cr
时，壁板剪切失稳，进入张力场应力状态，其中壁板蒙皮剪切临界失稳应力τ
cr
，记壁板不完全张力场的波纹角α。所述壁板蒙皮剪切临界失稳应力τ
cr
和波纹角α可通过四边简支矩形板剪切失稳理论得到。
[0049]步骤2，根据不完全张力场理论，计算壁板进张力场应力状态后剪应力τ产生的对角拉伸应力与纯剪应力分量，其中，对角拉伸应力σ
TD
的具体计算公式为：
[0050][0051]式中τ为壁板剪应力，α为波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合受载壁板进张力场后的紧固件载荷计算方法，其特征在于，所述复合受载壁板包括由长桁、竖筋构成的矩形骨架，在矩形骨架外部包覆有蒙皮，蒙皮通过紧固件与矩形骨架连接；所述方法包括：以壁板的中心为原点建立坐标系；计算壁板进张力场应力状态后剪应力产生的对角拉伸应力与纯剪应力分量；基于所述对角拉伸应力与纯剪应力分量，通过角度变换计算壁板进张力场后名义剪应力产生的应力状态；叠加壁板名义正应力，计算壁板进张力场后的最终应力状态；分别计算壁板x方向和y方向紧固件载荷。2.根据权利要求1所述的复合受载壁板进张力场后的紧固件载荷计算方法，其特征在于，所述以壁板的中心为原点建立坐标系，包括：以壁板的中心为原点o，以壁板的长桁方向为x轴，壁板的竖筋方向为y轴，建立壁板局部坐标系xoy；当壁板受到载荷时，记壁板在x方向、y方向的正应力分别为σ
x0
,σ
y0
，记xy平面内的剪应力为τ，则σ
x0
,σ
y0
,τ构成壁板的名义应力状态。3.根据权利要求2所述的复合受载壁板进张力场后的紧固件载荷计算方法，其特征在于，当τ≥τ
cr
时，壁板剪切失稳，进入张力场应力状态，其中壁板蒙皮剪切临界失稳应力τ
cr
，记壁板不完全张力场的波纹角α；所述壁板蒙皮剪切临界失稳应力τ
cr
和波纹角α可通过四边简支矩形板剪切失稳理论得到。4.根据权利要求2所述的复合受载壁板进张力场后的紧固件载荷计算方法，其特征在于，计算壁板进张力场应力状态后剪应力产生的对角拉伸应力与纯剪应力分量，包括：对角拉伸应力σ<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘彦杰，杜鹏良，张洪智，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：