一种确定平板结构在弯曲和拉伸载荷作用下的布局方法技术

本发明专利技术提供了一种确定平板结构在弯曲和拉伸载荷作用下的布局方法。该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，利用本方法可以在设计初期快速得到平板结构布局，使得设计工作进度大幅提前。使得设计工作进度大幅提前。使得设计工作进度大幅提前。

【技术实现步骤摘要】
一种确定平板结构在弯曲和拉伸载荷作用下的布局方法


[0001]本专利技术涉及飞机结构设计
，特别是涉及一种确定平板结构在弯曲和拉伸复合载荷作用下的布局方法。

技术介绍

[0002]在飞机结构设计中，由于结构装配、对接或者功能(比如装卸货物等)的需要，机身往往布置比较多的平板结构。对于平板类结构的设计，传统的设计方法是设计师根据自身经验完成初步的布局设计，建立有限元模型，然后根据严重载荷计算出结构的应力分布，根据应力分布调整结构尺寸，逐步迭代，得到最终的结构形式。传统的设计方法由于最初的布局设计与设计师的经验有关，限制了后面尺寸设计的效果，最终的结果往往结构重量较重，刚度偏小，应力较大，并且由于布局设计的不确定性，导致效率低下，严重影响设计周期。
[0003]因此，针对传统设计方法及现有技术水平的不足，研究一种新的布局设计方法，以降低结构重量，提高结构性能，缩短设计周期，具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种确定平板结构在弯曲和拉伸复合载荷作用下的布局方法。
[0005]本专利技术的技术方案是：实现提供一种确定平板结构在弯曲和拉伸复合载荷作用下的布局方法，具体包括以下步骤：
[0006]步骤1：根据平板面板弯曲和拉伸复合载荷计算平板面板最大工作应力；
[0007]步骤2：根据平板面板最大工作应力得到缘条轴压载荷表达式；
[0008]步骤3：根据缘条欧拉公式及缘条轴压载荷得到缘条惯性矩表达式；
[0009]步骤4：根据缘条惯性矩得到缘条横截面长度及缘条分段个数表达式；
[0010]步骤5：根据平板面板几何尺寸及材料属性得到平板面板弯曲和拉伸复合许用应力表达式；
[0011]步骤6：根据平板面板工作应力及弯曲和拉伸复合许用应力得到平板面板纵向分段个数表达式；
[0012]步骤7：联立以上表达式可求得缘条分段及截面尺寸及平板面板纵向分段，即平板结构的布局。
[0013]该方法通过公式(1)计算平板面板最大工作应力σ
c
，通过如下公式获取：
[0014][0015]其中：
[0016]M为平板结构弯曲载荷，N1为平板结构拉伸载荷，a为平板宽度，t为平板厚度。
[0017]该方法通过公式公式(2)计算缘条轴压载荷N2：
[0018]N2＝σ
c
b2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0019]其中：
[0020]b为缘条截面长度。
[0021]该方法通过公式(3)计算缘条惯性矩I：
[0022][0023]其中：
[0024]n1为缘条分段个数，E为材料弹性模量。
[0025]通过公式(4)计算缘条横截面长度b:
[0026][0027]通过公式(5)计算平板弯曲和拉伸复合许用应力σ
cr
：
[0028][0029]其中：
[0030]μ为材料的弹性泊松比，n2为平板面板纵向分段个数。K
C
为弯曲和拉伸复合临界应力系数，数值与平板的长宽比有关。根据数值曲线，当l/n1＝a/n2时，K
C
＝15，数值较小。
[0031]通过公式(6)计算平板面板分段个数n2：
[0032]σ
c
＝σ
cr
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0033]通过联立以上公式可求得缘条分段个数、截面尺寸及平板面板纵向分段个数，即平板结构的布局。
[0034][0035][0036][0037]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种确定平板结构在弯曲和拉伸复合载荷作用下的布局方法。该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，利用本方法可以在设计初期快速得到平板结构布局，使得设计工作进度大幅提前。
附图说明
[0038]图1是方法流程图；
[0039]图2是平板结构示意图；
[0040]图3是缘条截面图；
[0041]图4是平板布局图；
[0042]图中编号说明：1
‑
平板面板，2
‑
缘条。
具体实施方式
[0043]采用本专利技术，对确定平板结构在弯曲和拉伸复合载荷作用下的布局方法步骤如图1所示：
[0044]已知平板结构如图2所述：材料弹性模量E＝70000MPa，材料的弹性泊松比μ＝0.33，平板厚度t＝2mm，平板宽度a＝500mm，平板长度l＝600mm，平板面板1弯曲载荷M＝2500N
·
m2，平板面板1拉伸载荷N1＝100000N。
[0045]步骤1：根据平板面板弯曲和拉伸复合载荷计算平板面板1最大工作应力；
[0046][0047]步骤2：根据平板面板1最大工作应力得到缘条2轴压载荷；
[0048]N2＝σ
c
b2＝200b2[0049]步骤3：根据缘条欧拉公式及缘条2轴压载荷得到缘条惯性矩表达式；
[0050][0051]步骤4：根据缘条2惯性矩得到缘条2横截面长度及缘条2分段个数表达式；
[0052][0053]步骤5：根据平板面板1几何尺寸及材料属性得到平板面板1弯曲和拉伸复合许用应力表达式；
[0054]当l/n1＝a/n2时，K
C
＝15。此时：
[0055][0056]步骤6：根据平板面板1工作应力及弯曲和拉伸复合许用应力得到平板面板纵向分段个数；
[0057]σ
c
＝σ
cr
[0058]即：
[0059][0060]可得：n2＝3.59，分段个数取整，n2＝4。
[0061]根据步骤4中l/n1＝a/n2可得n2＝5。
[0062]步骤7：联立以上表达式可求得缘条2分段及截面尺寸及平板面板1纵向分段，即平
板结构的布局：
[0063][0064]可得：b＝10.59mm。
[0065]最后的布局如图3及图4所示。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定平板结构在弯曲和拉伸载荷作用下的布局方法，已知平板结构弯曲载荷、平板结构拉伸载荷、平板面板长度、宽度及厚度，其特征在于包括如下步骤：步骤1：根据平板面板弯曲和拉伸复合载荷计算平板面板最大工作应力；步骤2：根据平板面板最大工作应力得到缘条轴压载荷表达式；步骤3：根据缘条欧拉公式及缘条轴压载荷得到缘条惯性矩表达式；步骤4：根据缘条惯性矩得到缘条横截面长度及缘条分段个数表达式；步骤5：根据平板面板几何尺寸及材料属性得到平板面板弯曲和拉伸复合许用应力表达式；步骤6：根据平板面板工作应力及弯曲和拉伸复合许用应力得到平板面板纵向分段个数表达式；步骤7：联立以上表达式可求得缘条分段及截面尺寸及平板面板纵向分段，即平板结构的布局。2.根据权利要求1所述的确定平板结构在弯曲和拉伸复合载荷作用下的布局方法，其特征在于，所述步骤1中的平板面板最大工作应力σ
c
，按如下公式获取其中：M为平板结构弯曲载荷，N1为平板结构拉伸载荷，a为平板宽度，t为平板厚度。3.根据权利要求1所述的确定平板结构在弯曲和拉伸复合载荷作用下的布局方法，其特征在于，所述步骤2中的缘条轴压载荷N2，通过如下公式获取N2＝σ
c
b2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中：b为缘条截面长度。4.根据权利要求1所述的确定平板结构在弯曲和拉伸复合载荷作...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢茜，陈程，马恒，王麒翔，
申请(专利权)人：中航西安飞机工业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：