7. Обоснование выбора конструкционного материала основных элементов закрылка
Перед началом проектирования конструктивных элементов закрылка следует определиться с материалом (металлом, сплавом), из которого будет изготавливаться элементы проектируемого агрегата.
В производстве самолетов наиболее часто используют алюминиевые, титановые и другие металлические сплавы, также изготавливают элементы конструкции самолета из композиционных материалов. При выборе того или иного материала руководствуются различными требованиями, предъявляемые к элементу, такие как: обеспечение достаточной прочности, твердости, жесткости, усталостной прочности материала, пластичности и рядом других свойств.
Среди перечисленных материалов при производстве самолетов часто используют алюминиевые сплавы, которые, обладая небольшим весом и достаточной прочностью, более предпочтительны перед другими материалами по критерию удельной прочности (в наиболее простом случае растяжения удельная прочность – это отношение предела прочности материала к его весу), который измеряется для алюминиевых сплавов в пределах 10-20 км.
Таблица механических свойств сплава Д16АТ
Таблица 7.1
σв МПа |
σт МПа |
σпц МПа |
Е МПа |
G МПа |
τв МПа |
δ % |
440 |
300 |
210 |
0.72∙105 |
2.7·104 |
220 |
10 |
8. Проектировочные расчеты поясов лонжерона, стенки лонжерона, определение толщины обшивки, проектирование поясов и стенки усиленных нервюр и кронштейна навески закрылка
Проектирование осуществляется по методике [3], принимая следующие допущения:
- изгибающий момент воспринимается поясами лонжерона, перерезывающая сила - стенкой лонжерона;
- крутящий момент воспринимается двумя замкнутыми контурами, образованными стенкой лонжерона и обшивкой и распределяется между двумя контурами пропорционально квадратам их площадей;
- за ось центров жесткости принимаем ось лонжерона, относительно этой оси определяется крутящий момент.
8.1 Проектирование поясов лонжерона
От действия изгибающего момента, который полностью воспринимается лонжероном, в поясах лонжерона возникают осевые усилия N (см. рис) величина которых вычисляется по соотношению:
Рис. 8.1.1.Схема нагружения поясов лонжерона.
N=Mизг/hц.м.=Mизг/kH (8.1),
Где:
Н - строительная высота лонжерона (высота профиля в месте расположения лонжерона);
k-Коэффициент использования строительной высоты (в первом приближении k=0.95…0.98);
hц.м.= kH – расстояние между центрами масс полок лонжерона.
Принимаем: М=1,25*103 Нм; k=0.96; Н=0,07 м
Получим N=1,25*103 /(0.96·0.07)=18,6* 103 (H).
Площадь поперечного сечения пояса определяется по формуле:
Fn=N/σразр, (8.2)
Где: σ разр – разрушающее нормальное напряжение пояса.
Для растянутого пояса σ разр = k·σb, где σb – предел прочности материала, k= 0.6…09 - коэффициент, учитывающий ослабление пояса отверстиями под заклепки, при сварке, принимаемый по условиям обеспечения заданного ресурса.
Принимаем k= 0.75 (по статистике), тогда:
σразр=0.75·440=330 (МПа).
Получаем площадь растянутого пояса:
Fраст=18,6*103 /330·106=0,56 (см2).
В
ыбираем
из сортамента профиль, имеющий наименьшую
площадь, что позволит обеспечить запас
прочности закрылка:
Уголок равнобокий ПР. 100
F=0,56 см2
Н=В=15мм
S=S1=2м
Рис. 8.1.2. Уголок равнобокий
Для сжатого пояса:
.(8.3)
Где:
ν=σb/σкр; (8.4)
σкр=0.9·k·E/(b/δ)2; (8.5)
b- ширина полки уголкового профиля;
δ- толщина полки, k=0.45.
значение σразр может быть принято согласно графику на рис.(8.3).
Рис.8.3. Определение критических напряжений для сжатого пояса из различных материалов
В первом приближении отношение b/δ принимается по статистике, затем вычисляется Fn и принимается профиль по сортаменту. В последующих приближениях уточняется отношение b/δ, σразр, Fn.
Принимаем в первом приближении b/δ=5, тогда σразр=395 (МПа).
Площадь сжатого сечения пояса Fn=18,6*103/395·106=0,47(см2).
Выбираем из сортамента профилей профиль с минимальной площадью:
Уголок равнобокий ПР 100.
F=0,564м2
Н=В=15мм
S=S1=2м
Уточним разрушающее напряжение для профиля ПР. 100. профиль состоит из равных полок:
Полка1= полка2= Н (В)/ δ=15/2=7.5;
По графику определяем разрушающее напряжение для полок, из которых состоит профиль: σразр=350(МПа).
Тогда площадь Fп.сж.=18,6*103/350*106=0,53 (см2).
Так как площадь Fп.сж.= 0,53 (см2) является необходимой для устойчивости уголка, а фактическая площадь F= 56,4 мм2 больше потребной, то оставляем профиль ПР. 100 в сжатой зоне.