一种加垫板角材弯曲应力的计算方法技术

本发明专利技术属于综合强度设计领域，涉及一种加垫板角材弯曲应力的计算方法。方法适用于角材简支、固支情况下最危险剖面截面弯曲应力的计算，且垫板与角材材料相同，该方法包括：考虑垫板与角材之间的摩擦力产生的横向剪应力，并依据横向剪应力，将垫板、角材作为整体抗弯结构进行强度分析。进行强度分析。进行强度分析。

【技术实现步骤摘要】
一种加垫板角材弯曲应力的计算方法


[0001]本专利技术属于综合强度设计领域，涉及一种加垫板角材弯曲应力的计算方法。

技术介绍

[0002]目前加垫板角材抗弯强度计算时，将垫板与角材作为单独结构，根据弯曲刚度比进行载荷分配，得到角材及垫板分别所承受的载荷，然后计算危险剖面的弯曲应力后利用第四强度理论(考虑剪切应力)进行强度校核，其中弯曲应力为结构承载的关键应力，决定整个结构的承载能力。
[0003]目前加垫板角材抗弯强度计算方法，将垫板、角材视做单独结构，垫板、角材之中较小的承载能力决定整个结构的承载能力。该种方法未考虑到螺栓预紧力产生的垫板与角材之间摩擦力，因此未能将垫板、角材作为整体抗弯结构进行分析，导致计算结果较为保守，未充分发挥结构承载能力。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的：本专利技术充分考虑垫板与角材之间的摩擦力产生的横向剪应力，将垫板、角材作为整体抗弯结构进行强度分析，充分发挥结构承载能力。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]一种加垫板角材弯曲应力的计算方法，适用于角材简支、固支情况下最危险剖面截面弯曲应力的计算，且垫板与角材材料相同，该方法包括：
[0007]考虑垫板与角材之间的摩擦力产生的横向剪应力，并依据横向剪应力，将垫板、角材作为整体抗弯结构进行强度分析。
[0008]考虑垫板与角材之间的摩擦力产生的横向剪应力，并依据横向剪应力，将垫板、角材作为整体抗弯结构进行强度分析，包括：
[0009]根据要求的螺栓拧紧力矩、预设的垫板与角材交界面摩擦系数K1、螺栓本身尺寸计算得到螺栓预紧力P1；
[0010]根据K1和P1，计算交界面摩擦力P2；
[0011]根据已知的垫板、角材承弯有效宽度、螺栓中心轴到垫板处于角材R区的边界的距离dc、螺栓头直径dr、P2，计算垫板与角材交界面剪应力τ1；
[0012]根据外载荷、垫板的厚度与角材的底边厚度，计算垫板与角材作为整体的剖面剪应力τ2；
[0013]若τ1≥τ2，将垫板、角材作为“强”整体结构，计算最危险剖面的弯曲应力时，将垫板与角材作为整体结构计算弯曲应力；
[0014]若τ1<τ2，将垫板、角材作为“弱”整体结构，依据τ1和τ2的比值，将外载荷分为了由垫板与角材整体结构承担的一部分和由垫板与角材结构作为单独结构承担的另一部分；
[0015]根据上述分配，计算各自在最危险剖面截面产生的弯曲应力；
[0016]累加两者的弯曲应力，得到最危险剖面截面的总弯曲应力。
[0017]τ1的计算公式为：
[0018][0019]其中，K2为交界面剪应力不均匀分布修正系数，b
max
为垫板、角材承弯有效宽度。
[0020]对于τ1≥τ2，将垫板与角材作为整体结构计算弯曲应力，包括：
[0021]采用整体计算公式，计算弯曲应力σ
w1
；整体计算公式为：
[0022][0023]其中，y1为最危险剖面的形心轴分别到垫板上表面和角材下表面的距离中取大值；dtot为螺栓的中心轴到连接蒙皮的距离，ep为蒙皮厚度，ef为角材的侧边厚度。
[0024]对于τ1<τ2，由垫板与角材整体结构承担的部分载荷在最危险剖面产生的弯曲应力σ
w2
的计算公式为：
[0025][0026][0027]由垫板与角材结构作为单独结构承担的部分载荷在最危险剖面产生的弯曲应力按照常规方法进行计算垫片弯曲应力σ
dp3
和角材弯曲应力σ
jc3
。
[0028]垫板最危险剖面总的弯曲应力σ
dbz
为：σ
dbz
＝σ
w2
+σ
db3
，角材最危险剖面总的弯曲应力为：σ
jcz
＝σ
w2
+σ
jc3
。
[0029]本专利技术的有益效果：该方法已在直升机设计中使用，并已通过静强度试验验证，解决了该结构实际承载能力的问题，有效的降低了结构重量，带来了极大的经济效益。
附图说明
[0030]图1为加垫板角材(简支)尺寸标注示意图；
[0031]图2为加垫板角材(固支)尺寸标注示意图；
[0032]图3为加垫板角材结构垫板与角材交界面剪应力示意图。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]加垫板角材抗弯结构主要尾梁对接结构，计算时将其简化为”L”型结构，垫板作为
附加加强结构安装于角材底板，垫板、角材通过螺栓连接，螺栓载荷由加垫板角材结构传递到与角材侧边连接的蒙皮上，加垫板角材抗弯结构见图1、图2，其中图1结构为角材简支结构，附件2结构为角材固支结构。对于附图1结构，计算剖面为1、2、3，对于附图2结构，计算剖面为1、2、3、4，其中1剖面为最危险剖面。本专利技术所给出的方法适用于角材简支、固支情况下剖面1截面弯曲应力的计算，且垫板与角材材料相同。
[0035]本方法计算剖面1截面的方法为：
[0036]1)计算螺栓预紧力P1[0037]根据螺栓拧紧力矩、垫板与角材交界面摩擦系数K1、螺栓本身尺寸计算得到螺栓预紧力P1；
[0038]2)计算垫板与角材交界面摩擦力
[0039]由螺栓预紧力、垫板与角材交界面摩擦系数K1得到交界面摩擦力P2，P2＝K1×
P1；
[0040]3)计算垫板与角材交界面剪应力
[0041]垫板与交界面剪应力其中K2为交界面剪应力不均匀分布修正系数，b
max
为垫板、角材承弯有效宽度，dc、dr见附图1、附图2所示。
[0042]4)计算垫板与角材整体剖面剪应力
[0043]将垫板与角材作为整体，其剖面剪应力为其中F为已知的外载荷，et、ec见附图1、附图2所示。
[0044]5)τ1≥τ2情况下剖面1弯曲应力
[0045]如果τ1≥τ2，垫板、角材作为“强”整体结构，即计算剖面1弯曲应力时，将垫板与角材作为整体结构计算弯曲应力，弯曲应力其中y1为垫板、角材整体截面的形心轴距离结构边缘的距离。
[0046]6)τ1<τ2情况下剖面1弯曲应力
[0047]如果τ1<τ2，垫板、角材作为“弱”整体结构，计算剖面1弯曲应力按照下列步骤：
[0048]a)剪应力比值根据该比值，认为外载荷F中K3×
F部分由垫板与角材整体结构承担，该部分载荷在剖面1产生的弯曲应力
[0049][0050]b)外载荷F中的剩余部分(1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加垫板角材弯曲应力的计算方法，其特征在于，适用于角材简支、固支情况下最危险剖面截面弯曲应力的计算，且垫板与角材材料相同，该方法包括：考虑垫板与角材之间的摩擦力产生的横向剪应力，并依据横向剪应力，将垫板、角材作为整体抗弯结构进行强度分析。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，考虑垫板与角材之间的摩擦力产生的横向剪应力，并依据横向剪应力，将垫板、角材作为整体抗弯结构进行强度分析，包括：根据要求的螺栓拧紧力矩、预设的垫板与角材交界面摩擦系数K1、螺栓本身尺寸计算得到螺栓预紧力P1；根据K1和P1，计算交界面摩擦力P2；根据已知的垫板、角材承弯有效宽度、螺栓中心轴到垫板处于角材R区的边界的距离dc、螺栓头直径dr、P2，计算垫板与角材交界面剪应力τ1；根据外载荷、垫板的厚度与角材的底边厚度，计算垫板与角材作为整体的剖面剪应力τ2；若τ1≥τ2，将垫板、角材作为“强”整体结构，计算最危险剖面的弯曲应力时，将垫板与角材作为整体结构计算弯曲应力；若τ1<τ2，将垫板、角材作为“弱”整体结构，依据τ1和τ2的比值，将外载荷分为了由垫板与角材整体结构承担的一部分和由垫板与角材结构作为单独结构承担的另一部分；根据上述分配，计算各自在最危险剖面截面产生的弯曲应力；累加两者的弯曲应力，得到最危险剖面截面的总弯曲应力。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，τ1的计算公式为：其中，K2为交界面剪应力不均匀分布修正系数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明忠，查丁平，满林涛，
申请(专利权)人：中国直升机设计研究所，
类型：发明
国别省市：