- •Лабораторная работа
- •Моделирование внутренних усилий, возникающих в элементах конструкций летательных аппаратов
- •Теоретическая часть
- •5.3.1. Принципы определение внутренних усилий в корпусе летательного аппарата по внешним нагрузкам
- •5.3.2. Понятие о прочностном расчете конструкции ла
- •5.3.3. Расчет на прочность сухого отсека летательного аппарата при действии осевых сил
- •5.3.4. Подбор геометрических сечений обшивки и профилей по заданной нагрузке
- •5.3.5. Расчет на прочность сферических и цилиндрических оболочек
- •5.3.6. Вопроси для самоконтроля
- •5.3.7. Задания
- •Данные, необходимые для выполнения заданий
5.3.3. Расчет на прочность сухого отсека летательного аппарата при действии осевых сил
Расчет на прочность летательных аппаратов с учетом неравномерности действия напряжений в различных плоскостях сечения довольно сложная инженерная задача. В процессе первоначального проектирования летательного аппарата и сравнения различных вариантов пользуются, как правило, приближенными зависимостями. Малыми силами при этом пренебрегают.
Наиболее простым считается расчет, если все силы действуют по схеме "растяжение-сжатие".
Рассмотрим суть расчета на прочность сухого отсека ЛА при действии осевых сил (см. рис.3).
Рис. 5.3. К расчету на прочность сухого отсека ЛА при действии осевых сил
I - обшивка, 2 - продольный силовой набор (стрингеры)
Пусть эксплуатационная нагрузка равна . Умножим ее на коэффициент безопасности f, получим расчетную нагрузку
.
Пусть площадь сечения обшивки и стрингеров равна F. Тогда напряжения, действующие в этом сечении будут
. (5.7)
Это напряжение должно быть меньше предельно допустимого напряжения (см. условие прочности):
.
Коэффициент запаса прочности определяется следующим образом. Определяем разрушающую нагрузку (или предельно допустимую)
(5.8) и далее
. (5.9)
5.3.4. Подбор геометрических сечений обшивки и профилей по заданной нагрузке
Для упрощения подбора сечений обшивки и профилей обычно выделяют из всего сечения один стрингер и обшивку длиной, равной расстоянию между стрингерами (см. рис. 5.4).
Эта длина при равномерном распределении стрингеров равна
, (5.10) где m - количество стрингеров;
D - диаметр отсека ЛА.
Далее приведем алгоритм подбора геометрических сечений обшивки и профилей.
Рис. 5.4. Схема для определения нагрузки на участке сечения, примыкающего х одному стрингеру
I - стрингер, 2 - обшивка, 3 - заклепка
1. Анализируется задание и выбираются исходные данные.
2. Рассчитывается осевая сжимающая сила по формуле (5.1), причем, давление наддува в баках считается равным нулю, так как в межбаковом отсеке это давление отсутствует:
.
Данная нагрузка принимается за эксплуатационную (см. верхний индекс «Э» у литеры N).
3. Определяется расчетная нагрузка:
, где f - коэффициент безопасности, который в данной работе следует принять студентам самостоятельно из следующего диапазона: f = 1,2...1,5.
4. Определяется длина части обшивки сухого отсека по образующей (окружности) , приходящейся на один стрингер (см. формулу (5.10))
.
5. Определяется продольгая нагрузка сухого отсека, приходящейся на один стрингер с примыкающей к нему обшивкой
.
6. Определяется потребная площадь поперечного сечения (стрингера и примыкающей к нему обшивки) для восприятия усилия
, где - допустимое напряжение.
7. Принимается (в первом приближении) допущение, что площадь сечения стрингера (профиля) и площадь примыкающей к нему обшивки равны, то есть
.
Откуда, учитывая, что
,
получаем
и .
Эти площади принимаются за расчетные.
8. Подбираем характеристики профиля стрингера по сортаменту (см. табл. 5.4), принимая во внимание, что принятая площадь профиля должна быть больше или равна расчетной
.
Напомним, что площадь профиля стрингера по сортаменту должна быть ближайшей к расчетной площади, иначе конструкция будет перетяжеленна.
9. Определяем потребную толщину обшивки
.
10. Принимаем толщину обшивки равной или ближайшей большей, чем толщина конструкционного материала, производимого промышленностью: 1; 1,2; 1,5; 1,8; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 5; 6; 7; 8; 10 мм.
11. Определяется принятая площадь обшивки по формуле
.
12. Определяется полученная (принятая) общая площадь поперечного сечения стрингера с примыкающей к нему части обшивки
.
13. Определяется разрушающая нагрузка
.
14. Определяется коэффициент запаса прочности
.
Для случая нагружения конструкции по схеме «растяжение-сжатие» коэффициент безопасности можно рассчитать как отношение принятой площади поперечного сечения к расчетной площади. Покажем это, проведя следуюшие выкладки:
, где - потребная площадь сечения стрингера с примыкающей к нему обшивкой.
Полученный коэффициент запаса прочности должен незначительно превышать единицу. Если он превышает единицу значительно, то конструкция будет перетяжелена. Как правило, при проектировании конструкций стремятся значения коэффициента запаса прочности выдержать в следующем диапазоне: . Однако это не всегда удается обеспечить из-за ограничений по сортаменту производимых профилей и листов конструкционного материала.