6. Проектирование соединения панели с промежуточной нервюрой.

Конструкция изображена на Рис. 2.

В данной конструкции только стенка стрингера соединена с нервюрой одной заклепкой при помощи уголка. Этот вид конструкции можно осуществить только в том случае, если имеется подход к установке крепежных элементов со всех сторон. Если же для соединения стрингера с нервюрой имеется подход только с наружной стороны, то конструкция данного места должна быть другой, а именно – необходимо осуществить соединение полки стрингера с нервюрой, применив: или крепеж для одностороннего подхода, или анкерную гайку. Таким образом конструкция данного места зависит от технологии его изготовления.

Ниже изображен общий вид панели.

7. Расчет веса панели.

В данной конструкции все детали из алюминиевых сплавов с удельным весом γ=2,78 г/см³.

Вес обшивки.

Габариты обшивки: длина 1500мм, ширина 1000мм, толщина 1,5мм.

Вес стрингеров (9шт). Геометрия стрингера представлена ниже.

Площадь стрингера: .

Длина стрингера 1500мм.

Вес всех стрингеров:

Вес промежуточных нервюр (2 шт). Геометрия промежуточных нервюр представлена ниже.

Площадь сечения нервюры.

Длина нервюры 1000мм.

Вес всех нервюр

.

Суммарный вес панели:

Из них :

.

Вес 1 м²=16,190/1,5=10,746кг.

8. Графическое изображение конструкции.

Ниже представлена конструкция, созданная по результатам проектировочных расчётов, изложенных выше.

9. Технические требования. ( по  6  ).

1. Для деталей Б.Ч.

а) для деталей из В95 58 ; для деталей из Д1642;

б) изготавливать по шаблону;

в) шероховатость обрабатываемых поверхностей R_z 40;

г) покрытие: для обшивки – Ан. Окс. 6-9 упл.( снаружи лак АК- внутри Гр. ФЛ-086 ); для деталей внутреннего набора - Ан. Окс. 6-9. хр / Гр. ФЛ-086.

д) маркировать Ч_к шрифтом ПО-3 ГОСТ 2930-62, клеймить К_к.

2. Неуказанные предельные отклонения по ОСТ1 00022 – 80.

3. Установку заклепок производить по ПИ 249-78 НИАТ , клёпка – прессовая.

4. Отверстия под заклёпки с шероховатостью поверхности не ниже R_z 40;

5. Шероховатость поверхности зенкованных гнёзд должна быть не ниже R_z 20. Контроль отсутствия огранки производить по утвержденным эталонам.

6. Снять фаски 0,4 х 45⁰ по всем окончательно обработанным отверстиям. Фаски выполнять инструментом с ограничителем, размеры фасок не контролировать.

7. Установку заклёпок производить на грунтовке ФЛ- 086 ГОСТ 16392- 79.

7. На заклёпочные соединения с внутренней стороны нанести слой грунта АК – 069 ГОСТ 25718 – 83 с 1,5% алюминиевой пудры.

8. ) Маркировать Ч_к шрифтом ПО-3 ГОСТ 2930-62, клеймить К_к.

10. Панель бесстрингерная при равенстве эквивалентной толщины обшивки( эквив.).

10.1. Определение эквивалентной толщины обшивки для панели стрингерной, у которой суммарный вес равен 16,190кг., площадь 1,5м².

Исходя из того, что для алюминиевых сплавов при удельном весе 2,78г/ см³ вес 1м² при толщине 1мм равен 2.78 кг , а при 1,5м²вес равен 2,78 х 1,5 = 4,17кг, эквивалентная толщина _эквив= 16,190/ 4,17 = 3,88мм.

10.2. Определение расстояния между нервюрами ( ) при условии, что толщина обшивки равна_эквив= =3,88мм. и что  σ_{действ.} σ_{действ.} Примем

( при С = 1,0 ). При данном количество нервюр должно быть 1500мм / 66,6 – 1 = 22,5 – 1 = 21,5 = 22нервюры.

10.3. Определение τ_{действ.} и τ_{критич.} τ_{действ.} b 66,6/ 1000= 0,07 τ_{критич.} = = 117,3 τ_0,2 = 0,5σ_0,2 = 0,5*46 = 23 кгс/мм²; τ_в=0,6 σ_в=0,6*58=34,8кгс/мм²

Так как , определяемпо [2], (7.8), стр. 160

10.4. Предположим, что каждая нервюра в 2раза легче, чем у панели стрингерной , т.е.весит 0,695кг., а 22 нервюры весят 15,290кг. Суммарный вес бесстрингерной панели равен 16,190 +15,290 = 31, 480кг. т.е. в 1,94раза тяжелее, чем панель стрингерная.

Вывод: стрингерная панель легче бесстрингерной.

11. Панель трёхслойная с обшивками из углепластика КМУ-4Э,01П. [9].

1. При применении углепластика введём дополнительный коэффициент безопасности _доп.= 1,25, при этом расчетные нагрузки будут: q_σ = 70 х 1,25= 87,5 кгс/мм ; q_τ = 10 х 1,25 = 12,5кгс/мм.

2. Углепластик КМУ-4Э,01П при температуре 20⁰С имеет следующие характеристики:

 предел прочности при растяжении вдоль направления 0⁰ ( вдоль основы ) = 90 кгс/мм²;

 модуль упругости при растяжении вдоль направления 0⁰ = 12000 кгс/мм²;

 предел прочности при сжатии вдоль направления 0⁰ ( вдоль основы ) = 90 кгс/мм²;

 предел прочности при сдвиге = 8,0 кгс/мм²;

 предел прочности при сдвиге = 29,0 кгс/мм²;

 коэффициент Пуассона _0,90 = 0,265 ( для однонаправленного слоя );

 толщина одного слоя ( монослоя ) ₁ = 0,125мм.

 удельный вес γ=1,5 г/см³.

3. Направление 0⁰ для основы соответствует направлению действия нагрузки q_σ , а направление для основы ⁰ соответствует направлению действия нагрузки q_τ. Исходя из этого, определим необходимую толщину КМУ для восприятия q_σ и q_τ , имея ввиду то , что панель работает па сжатие.

Итак : = == 0,97мм. Количество слоёв с ориентацией 0⁰ будет : n⁰ = == 7,76. Примемn⁰ = 8 слоёв.

= == 0,43мм. Количество слоёв с ориентацией⁰ будет : n⁴⁵ = == 3,45. Примемn⁴⁵ = 4 слоя.

Всего имеем :n⁰ + n⁴⁵ = 8 + 4 = 12слоёв, общая толщина которых равна = 12 х 0,125 = 1,5 мм. При данной толщине действующие напряжения равны:

= == 58,33 кгс/мм² ; = == 8,33 кгс/мм² ;

Определим пределы прочности и модуль упругостидля данной укладки, для чего определим коэффициент укладки К_{укладки}.

Для направления 0⁰ ( вдоль действия потока q_σ ) К_{укладки} = + 0,25=+ 0,25= 0,67 + 0,08 = 0,75.= 0,75 х 90 = 67,5кгс/мм² , а = 0,75 х 12000 = 9000кгс/мм². 67,5кгс/мм²;

Для направления ⁰ ( от действия потока q_τ ) х + х 8 + кгс/мм².

При действии на конструкцию комбинации нагрузок: (растяжения или сжатия ) по осям X ( направление вдоль основы ленты ) и У ( направление вдоль утка ) и сдвига в плоскости ХУ , предельное состояние пакета можно определить по критерию Цая-Хилла:



где : в числителях – действующие напряжения, а в знаменателях – пределы прочности по соответствующим направлениям.

При действии на конструкцию только и формула упрощается и принимает вид :

1. В нашем обозначении данная формула имеет вид :

=  = 0,747 + 0,308 = 1,055,что больше, чем 1,0.

Можно оставить эту укладку и такое количество слоёв, имея ввиду то, что дополнительный коэффициент безопасности будет не 1,25, который был принят , а он будет = 1,185. Введение дополнительного коэффициента безопасности связано с плохой организацией производства, с широким применением ручного труда, с недостаточным пооперационным контролем, что приводит к нестабильным характеристикам. При автоматизированном производстве с контролем каждой операции нет необходимости вводить дополнительный коэффициент безопасности. В нашей панели остановимся на рассмотренной выше укладке.

Выводы :

1. Спроектированная обшивка отвечает требованиям прочности.

2. Необходимо определить высоту сотового заполнителя, обеспечивающего устойчивость панели при сжатии и при сдвиге ( их действие одновременное ).

В соответствии с [2], стр.158, формула(7.3) при одновременном действии q_σ и q_τ при условии возможной потери устойчивости обшивки должно соблюдаться условие:

При общей потере устойчивости всего сечения при сжатии по [4],стр.63, формула (2.2):

Е-модуль упругости материала, для нашей панели

l- длина стержня ( расстояние между нервюрами ), примем l = 500мм; J и F- момент инерции и площадь сечения.

Первое приближение ( опирание шарнирное ).

Сечение – прямоугольник шириной 10мм, состоящий из сотового заполнителя ПСП ( полимерный сотопласт ) высотой 15мм. и двух обшивок ( верхняя и нижняя ) толщиной 0,75мм каждая. Площадь сечения обшивок F = 2 х 0,75 х 10 = 15. Момент инерции сеченияJ = 2 х 0,75 х 10 х ( ⁴. Радиус инерции сечения , а ² = == 62мм². . При l = 375мм, =; При l = 300мм, =. = 58,33 кгс/мм². = = 0,956.При l = 250мм, =. = 58,33 кгс/мм². = = 0,66( при шаге нервюр 250мм).

Второе приближение ( опирание шарнирное ).

Примем высоту сотового заполнителя 20мм. Тогда: момент инерции сечения J = 2 х 0,75 х 10 х ( ⁴, ² = == 107мм², =. При l = 375мм, =;

Остановимся на варианте: высота сотового заполнителя равна 20мм, шаг нервюр 300мм ( количество промежуточных нервюр 4 ), при этом =, а отношение = 0,55.