Обшивка со стрингерным подкреплением

Проверка прочности обшивки производится при совместном действии напряжений σ и τ.

При расчете на эксплуатационную нагрузку Р^эредукционные коэффициенты φ_i = Е_i/Е_φ.

При расчете на Р^рисходные коэффициенты φ_i = σ_разр/σ_разр.ф, где индексом "ф" обозначается фиктивный элемент. Это обычно основной элемент панели (пояс, стрингер), который рассматривается как идеально упругий.

Рис. 14.10, в иллюстрирует разницу между действительным σ_д и фиктивным σ_ф напряжениями растяну-того элемента при определенном значении удлинения ε.

Рис 14.10. Напряжения σ в элементах сжатой панели до (а) и после (б) по­тери устойчивости, действительная (2) и фиктивная (1) диаграммы растяже­ния (в)

Для сжатых элементов

σ_разр=σ_к, (14.2)

а для растянутых

σ_разр=σ_в. (14.3)

Здесь σ_к– нормальные критические напряжения. При достижении этих напряжений происходит потеря устойчивости элемента конструкции.

Для расчета модели можно использовать также диаграммы σ-ε (рис. 14.11).

Расчет прочности растянутой обшивкиведется на действие Р^рпо условию

σ^р_прив ≤ σ_разр, (14.4)

где σ = K·σ_в;

σ_прив =√σ²_обш+4τ²;

K = 0,9 — коэффициент ослабления обшивки отверстиями.

Проверка прочности сжатой обшивки производится при действии Р^эи Р^р.

Рис. 14.10 и 14.11 поясняют НДС сжатой панели и содержат механи­ческие характеристики ее элементов.

Рис. 14.11. Схематизированные диаграммы силовых элементов сжатой панели крыла

1- поясов; 2 – стрингеров; 3 - обшивки

Критические напряжения элементов панели следующие:

(14.5)

Здесь критические напряжения σ_к.об и τ_к.об соответствуют раздельному действию σи τ и определяются для участка между стрингерами и нервюрами, как для свободно опертой пластины.

При проверке прочности на Р^рвводится характеристика τ^р_об, а при проверке на Р^э — τ^э_об = τ^р/f.

Дюралюминиевая обшивка толщиной 1,5...2мм при обычном стрингерном подкреплении не должна терять устойчи­вость до нагрузки Р^э.

Условие обеспечения ее прочности: σ^э_об ≤ σ_к.обτэ.

Условие прочности такой обшивки при действии Р^р соответствует требованию обеспечения устойчивости всей панели в целом (даже, если обшивка между стрин­герами устойчивость потеряла): σ^р_об ≤ σ_{к.ср τ}.

Дюралюминиевая обшивка толщиной более 2мм не должна терять устойчи­вость до нагрузки Р^р, так как при потере устойчивости она разрушается. Условие обеспечения прочности такой обшивки σ^р_об ≤ σ_к.об.τ^p.

Такое же требование предъявляется к прочности обшивки баков.

Стрингерное подкрепление обшивки самое распространенное.

Рациональность принятого сочетания стрингеров и обшивки мож­но оценить удельной прочностью панели подкрепленной обшивки при сжатии σ_к.пан/ρ.

Если панель состоит из тстрингеров, имеющих площадь f_стp и шаг t_стр. и обшивки шириной В = mt_стpи толщиной δ_об, то критическая сила панели равна

(14.6)

Редукционный коэффициент подкрепленной обшивки (относи­тельно стрингеров)

(14.7)

где 2с ≈ (25... 30) δ_об — ширина участка обшивки, работающе­го совместно со стрингером, учитываемая при определении σ_к.стр при общей потере устойчивости.

Приведенная толщина обшивки со стрингерным подкреплением

(14.8)

Очевидно, что максимальное значение критической нагрузки на панель Р_к.пан получается при σ_к.об = σ_к.стр. Выполнение этого условия определяется формой стрингера, соотношением их площади f_стр, шага tи толщины обшивки.

Обычно . (14.9)

Двухпоясная балка

Приближенный расчет крыла, фюзеляжа, нервюр и других частей на изгиб основывается на принятии в качестве расчетной схемы модели двухпоясной балки, которая имеет наиболее выгодную в массовом отношении форму сечения балки (при работе на изгиб).

Расчет конструкции как двухпоясной балки значительно упро­щает вычислительные операции.

Распределение напряжений в сечении двутавровой балки показано на рис. 14.12, а. Для ее модели — двухпоясной балки (рис. 14.12, б) площадь стенки

F_ст = Hδ_ст. (14.9)

Момент инерции сечения (соб-ственными момен-тами инерции поясов и стенки пренебре гаем). Рис. 14.12 К расчету двутавровой балки равен.

σ = P/F_n = M_изг /(F_n·H). (14.11)

Здесь Н - рабочая высота, определяемая обычно как расстоя­ние между ЦТ площадей сечений поясов. Чем больше разнесены пояса, чем они тоньше, тем их напряженное состояние ближе к чистому растяжению и сжатию.

При работе балки в упругой области напряжения в ней обус­ловлены удалением от нейтральной оси. Максимальное напряжение пояса σ_mахотличается от среднего σ= P/F_nвследствие отличия габаритной высоты балки Н_габ от Н.

Как следует из рис. 14.12 а,

(14.12)

При работе пояса в пластической области распределение напряжений в нем можно считать равномерным.

Считая, что поперечная сила воспринимается только участком стенки с высотой Н в виде равномерно распределенных напря­жений, получим

τ=Q/F_ст (14.13)

Непараллельность поясов.

Рассмотрим влияние непараллельности поясов двухпоясной бал­ки, характеризующейся углом α, на усилия в элементах сечения (рис. 4.13, а).

Обычно в самолетных конструкциях этот угол мал отсюда

r = Н/α. (14.14)

Рис. 14.13. Влияние непараллельности поясов двухпоясной балки на
распределение М_изг и Q между ее элементами (а, б, в)