12. Проектирование стенки.

12.1 Габариты и нагрузка, действующая на стенку в её плоскости.

Поток касательных усилий (q_τ), действующий на стенку в соответствии с [2], стр. 198:

12.2 Выбор материала стенки.

По [7], стр. 42:выбираем титановый сплав ВТ16 ( листы) со следующими характеристиками (t=20⁰C):

σ_в=135 кгс/мм², σ_0,2=115 кгс/мм², Е=11000 кгс/мм²

Принимаем:

τ_в=0,5σ_в=0,5∙135=67,5 кгс/мм²

τ_0,2=0,5σ_0,2=0,5∙115=57,5 кгс/мм²

12.3. Рассмотрим стенку без промежуточных рёбер..

1. Определяем толщину листа, необходимую для восприятия действующего qτ в соответствии с [2], стр. 198,

Получим: .Примем δ_ст=1,5мм.

Тогда действующее τ будет: τ_{действ.}

2. Расчет стенки с δ_ст=1,5мм. на устойчивость.

Расчет проводим по формулам (7.1) [4], стр.15 а -длинная сторона ( а = 445мм. ), b-короткая сторона ( b = 220мм. ) ; = 4,09

Запас по устойчивости  = = 0,064

Вывод: Данная стенка при τ=3,0 кгс/мм² потеряет устойчивость.

12.4. Рассмотрим стенку с тремя промежуточными рёбрами.

Запас по устойчивости  = = 0, 254

Вывод: Данная стенка при τ=11,88 кгс/мм² потеряет устойчивость.

Общие выводы:

1. При данной толщине стенки (δ=1,5 мм) применением ребер не удается поднять τ_кр до уровня_.

2. Необходимо увеличит толщину стенки, что приведет к увеличению веса конструкции.

3. Необходимо применить стенку сотовой конструкции.

12.5. Рассмотрим стенку сотовой конструкции без стоек.

1. Материал обшивок и сотового заполнителя: По [7], стр. 42: выбираем титановый сплав ВТ16 ( листы) со следующими характеристиками (t=20⁰C):

σ_в=135 кгс/мм², σ_0,2=115 кгс/мм², Е=11000 кгс/мм²

Принимаем:

τ_в=0,5σ_в=0,5∙135=67,5 кгс/мм²

τ_0,2=0,5σ_0,2=0,5∙115=57,5 кгс/мм²

2. Определение критического значения qτкрит. По формуле:

см. [4], (7.15), стр. 164 и [9], (10) стр. 271, где

D - цилиндрическая жесткость трехслойной панели, у которой обшивки одинаковой толщины (δ_обш), высота сот 2h, жесткостью сот можно пренебречь. D определяется по формуле [6], стр. 151

Е- модуль упругости материала обшивок, h = , μ-коэффициент Пуассона для материала обшивок,

L-большая длина стенки , m_s - коэффициент опирания кромок сотовых панелей при сдвиге, определяется по графику [4], рис. 7.55, стр. 165. Для определения m_s необходимо определить коэффициент параметра сдвига k по [9], (3), стр.269.

G-модуль сдвига сот

Е_обш=Е_сот=11000 кгс/мм²; L=445мм.; δ_обш=0,6 мм.; μ=0,3; высота сот 2h=8мм; δ_ф=0,05мм; а=3мм.

Итак:

При и приK=0,0234 по Рис.7.55 [4] m_s=6,1

Запас по устойчивости  = = 1,09.

Выводы:

1.Данная конструкция удовлетворяет требованиям прочности и устойчивости, а именно:

τ_действ=56,82кгс/мм² меньше, чем τ_В=67,5 кгс/мм² и τ_0,2=57,5 кгс/мм²,  = = 1, 01.

q_τ^кр=74,26 кгс/мм² больше, чем  = = 1, 089.

2. По [6], стр. 151 при ( в проектируемой стенкеh=4мм, δ=0,6 мм, т.е. собственной изгибной жесткостью несущих слоев (первым слагаемым при определенииD) можно пренебречь ( в данной конструкции первое слагаемое равно 435, которое очень мало по сравнению со вторым слагаемым, которое равно 244068). Таким образом D можно рассчитывать по формуле:

где h=0,5 от полной высоты сотового заполнителя (Н).

12.6. Расчет зоны соединения сотовой стенки со стенкой пояса.

12.6.1 .Выбор крепежа

.

Примем: Соединение осуществляют при помощи:

Болт 8- L- Ан.Окс. –ОСТ1 31003-76 ( ВТ16 ).

Гайка 8- Хим. Пас.- ОСТ1 33027-80 ( 14Х17Н2 ), гайка низкая, или

Гайка 8- Хим. Пас.- ОСТ1 33060-80 ( 07Х16Н6 ), гайка шестигранная низкая самоконтрящаяся,

Шайба 1,5-8-14- Ан.Окс.- ОСТ1-10670-76 ( ОТ4 ).

.В соответствии [2], стр. 503 разрушающая нагрузка на срез по одной плоскости для болта d=8мм из ВТ16 Р_ср=3190 кгс. По ОСТ1 00552-72 = 3060 кгс.

Материал пояса лонжерона - ВТ20 с σ_В =100 кгс/мм² ( см. п.8 )

Материал обшивок сотовой стенки – ВТ16 с σ_В =135 кгс/мм²

Примем для данного соединения предел прочности при смятии отверстия: для пояса лонжерона- σ_см =1,3ˑ100=130 кгс/мм², для стенки- σ_см =1,3ˑ135=175 кгс/мм²

12.6.2. Определение толщины стенки в зоне соединения.

.

Определим необходимые толщины в зоне соединения из условия обеспечения допустимых σ_см при действии нагрузки кгс. Расчет проводим, применив формулу в соответствии с [2], стр. 239:

Для пояса лонжерона мм примем δ=3,0мм

Для стенки мм примем δ=2,5мм.

12.6.3. Определение напряжения (σ_действ), действующее в поясе стенки, присоединённой к поясу лонжерона.

Рассмотрим сечение, состоящее из нижнего пояса лонжерона, у которого:

 полка имеет размеры: ширина140мм., толщина – 10мм., площадь F = 1400мм²;

 стенка с размерами: высота- 35мм., толщина – 3мм., площадь F = 105мм²;

и пояса стенки, присоединённой к поясу лонжерона у которого:

 : высота- 30мм., толщина – 2,5мм., площадь F = 75мм².

Суммарная площадь сечения F = 1580мм². Материал у соединённых деталей – титановые сплавы с одинаковым модулем упругости. Сила сжатия на данное сечение P = 140000кгс.( см. п 8.1 )

12.6.4. Определение критического напряжения (σ_кр) для пояса стенки, присоединённой к поясу лонжерона.

По формуле (2.4) [5], стр. 64

= ==(2.2) [5], стр. 63, где:m – коэффициент, учитывающий опорные условия ( m = 1 – шарнирные опоры, m = 4 – защемлённые опоры, , m = 2 – полузащемлённые или приторцованные опоры); d и t – диаметр и шаг болтов; l = t – d ( данная формула не учитывает размеры гайки или головки болта S – размер под ключ. Для болта диаметром 8мм .S = 14мм., см. [2], стр. 501 )

При m = 1( шарнирные опоры )

; Запас по устойчивости  = = 0,62.

При l = t – S = 40 – 14 = 26мм σ_кр = 55,0855,081,515 = 83,43, при этом

Запас по устойчивости  = = 0,94.

Шарнирное опирание предполагает отсутствие изгибающего момента в зоне расположения головки болта или гайки. Но изгибающий момент в этой зоне имеется, поэтому при расчёте можно принять m = 2 – полузащемлённые или приторцованные опоры.

При m = 2: σ_кр = 110,16 σ_0,2=115 кгс/мм². Запас по устойчивости  = = 1,24.

Вывод. Зона соединения сотовой стенки со стенкой пояса лонжерона удовлетворяет требованиям прочности и устойчивости.

. 13. Виды законцовок сотовых панелей.

В на Рис.8.2. ( см. ниже ) показаны различные виды законцовок, которые были испытаны в ЦАГИ на сопротивление усталости с приложением осевой растягивающей нагрузки по отнулевому циклу. Максимальная нагрузка при испытании принималась равной 0,3 – 0,6 величины разрушающей нагрузки на панель. Частота f = 0,17 Гц. Наибольшее количество циклов наработали панели : А V (с клеем ВК–24 ) и Б II (с клеем ВК31).

Рекомендации:

13.1. для законцовок типа Б I  Б III угол скоса ( ) сотового заполнителя принимать не более, чем 30⁰.

В нашей конструкции примем :  = 20⁰, тип законцовки Б II.

13.2. В для внутренней накладки, склеиваемой с внутренней обшивкой, торец обрабатывать на ” ус” с углом 5⁰-10⁰.

.