3.4. Разрушающие напряжения

Разрушающие напряжения силовых элементов следует определять с учётом реальных условий работы в конструкции.

Снижение напряжений за счёт уменьшения площадей поперечных сечений отверстиями (под заклёпки, болты ) учитывается коэффициентом . Влияние концентрации напряжений при наличии отверстий учитывается коэффициентом . Например, для стали , а для алюминиевого сплава . Разрушающее напряжение для инженерных прикидочных расчётов можно принять равным

.

Для сварных соединений можно принять разрушающее напряжение равным

.

Влияние многократного нагружения на выносливость (усталость) конструкции учитывается коэффициентом в зависимости от числа циклов для различных материалов.

При аэродинамическом нагреве снижается несущая способность конструкции за счёт изменения механических характеристик материала с ростом температуры.

Понижение жёсткости конструкций на изгиб и кручение с увеличением температуры связано с изменением величины модулей упругости и действием температурных напряжений.

Для большинства самолётов нагрев не учитывается.

Температурные напряжения для аэродинамического нагрева (для сверх- звуковых самолётов) суммируются с основными.

В заключение делается вывод о прочности крыла.

4. Расчёт лонжеронов

Лонжероны бывают ферменные и балочные. Ферменные рациональны при больших строительных высотах крыла. Широко применяют балочные лонжероны, представляющие собой двухпоясную балку со стенкой и стойками. Напряжения в поясах и стенке лонжерона приближённо определяются из проектировочного расчёта крыла. До некоторого момента потерю устойчивости стенки предотвращают стойки. Количество стоек выбирают так, чтобы минимальное расстояние между ними было . Подбор стоек осуществляем по величине приведённых напряжений

.

Чтобы стойки были наивыгоднейшими в весовом отношении, их момент инерции должен быть близок к . После потери устойчивости стенкой (рис. 17) касательные напряжения трансформируются в растягивающие

,

где .

= 15,8; 11,7; 9,3 соответственно при . Для носка крыла .

Для дюралевых стенок лонжеронов .

Для подкреплённой обшивки .

Пояса лонжеронов работают на поперечный изгиб, а стойки на сжатие. Если принять угол наклона волн (рис. 17), образовавшихся при потере устойчивости, к оси поясов и принять во внимание, что у стоек на расстоянии стенка не теряет устойчивости, то изгибающий момент пояса лонжерона у стойки будет

,

сжимающая сила в стойке

Рис. 17

При определении и лонжерон считается многоопорной балкой. Определяя напряжения от и , надо к площади сечения пояса и стойки присоединить часть стенки лонжерона шириной для пояса и - для стойки. Надо отметить, что из-за работы поясов на продольно-поперечный изгиб, допускать потерю устойчивости стенки нецелесообразно. Поэтому часто за разрушающие напряжения в стенке принимают критические.

4. Расчёт нервюр

Нервюры представляют собой поперечные балки. Они сохраняют аэродинамическую форму профиля крыла, передают воздушную нагрузку и сосредоточенные силы на стенки лонжеронов, подкрепляя одновременно продольный набор и обшивку. Нервюры разделяют на нормальные, которые воспринимают воздушную нагрузку и усилия, возникающие при изгибе и кручении, и силовые, которые воспринимают сосредоточенные усилия и нагрузки, появляющиеся в результате перераспределения потоков сил у вырезов, бортов и т. д. Нервюры бывают ферменные (применяются редко), рамные и балочные. Нервюры нагружаются потоком касательных сил обшивки и стенок лонжеронов (рис. 18). Погонные касательные усилия обшивки и стенок лонжеронов определяются при расчёте крыла на сдвиг и кручение.

Рис. 18

Определение погонных касательных усилий в обшивке – задача статически не- определимая. Для её решения контур условно разрезается и тогда поперечные усилия в стенках лонжеронов определяются из уравнений:

;

Откуда

.

Касательные усилия находятся из условия равенства нулю суммы моментов от всех сил, действующих на нервюру:

;

.

Расчётным сечением для полок нервюр является сечение с максимальной силой, действующей в полке

,

где - расстояние между центрами тяжести полок;

- высота нервюр в расчётном сечении.

Площадь полок в растянутой зоне

.

По полученной площади надо подобрать ближайший больший профиль из сортамента профилей. Для сжатого пояса надо взять несколько больший про- филь, чем профиль в растянутой зоне и проверить его на местную потерю устойчивости по формуле

,

где - критическое напряжение местной потери устойчивости, определяемое с графика (рис. 19). Полученная площадь должна быть равной или несколько меньшей, чем площадь выбранного профиля.

При подборе стенки нервюры приближённо определяются размеры стенок и стоек минимального веса для случая потери устойчивости стенкой.

Расчётным сечением для стенки является сечение с максимальной погон- ной нагрузкой:

.

Порядок подбора:

1. Задаются толщиной стенки и несколькими расстояниями между стойками.

2. О пределяют критические напряжения сдвига по формуле

Рис. 19

,

где .

Разрушающее касательное напряжение .

Для принятых значений находят соответствующее .

Касательные напряжения должны удовлетворять условию:

.

Для подбора стойки по графику (рис. 20) определяют , где - площадь поперечного сечения стойки.

Рис. 20

Для каждого значения определяют площадь стойки

.

На рис. 20 построен график для стоек из двух уголков, расположенных по обеим сторонам стенки. Подбор уголков по сортаменту профилей делают так, чтобы удвоенная площадь сечения уголка была больше ближайшей требуемой площади стойки.

Напряжения в сжатой стойке определяются по графику (рис. 21) и должны удовлетворять условию

,

где .

Р ис. 21