- •1. Предварительный расчёт крыла
- •1.1. Определение геометрии крыла, нахождение нагрузок
- •1.2. Построение расчётных эпюр , и
- •1.3. Определение нормальных напряжений при изгибе
- •1.4. Графоаналитический метод определения нормальных напряжений
- •2. Проектировочный расчёт крыла
- •3. Проверочный расчёт крыла
- •3.1. Расчёт на изгиб методом редукционных коэффициентов в.Н. Беляева
- •3.2. Определение касательных напряжений от сдвига
- •3.3. Определение касательных напряжений от кручения
- •3.4. Разрушающие напряжения
- •Расчёт лонжеронов
- •Расчёт нервюр
- •6. Проектировочный расчёт на сдвиг тонкостенных
- •7. Расчёт лонжерона с трёхслойной обшивкой
- •8. Расчёт фюзеляжа
- •8.1. Проектировочный расчёт фюзеляжа
- •8.2. Определение напряжений в элементах конструкции фюзеляжа
- •8.3. Расчёт шпангоутов
- •9. Расчёт оперения
- •9.1. Порядок расчёта оперения
- •9.2. Расчёт управляемого стабилизатора
6. Проектировочный расчёт на сдвиг тонкостенных
БАЛОК МИНИМАЛЬНОГО ВЕСА
При проектировании стеночной балки с уголковыми поясами (лонжерона, нервюры и т.д.) удобно и практически выгодно пользоваться системой зависимостей параметров балки от нагрузки, полученной в работе [5]. Считается, что нагрузка и высота балки заданы. Расчётным сечением является сечение с максимальной нагрузкой. Расчёт начинается с подбора поясов уголкового сечения и определения эффективной высоты балки , равной расстоянию между центрами тяжести поясов. Для выбора наиболее эффективной конструкции определяется коэффициент напряжённости, равный
.
Балка минимального веса должна обладать максимальной весовой отдачей, которая оценивается полезным приведённым допускаемым напряжением сдвига.
Рис. 22
Рис. 23
По рис. 22 находится напряжение , которое можно получить в случае равнопрочной конструкции (стенка и стойки разрушаются одновременно).
Далее по рис. 23 определяется отношение , по которому находится минимальная потребная толщина стенки .
Толщину листа стенки следует выбирать по нормам с учётом минусового допуска, например, при номинальной толщине листа Д16Тл2.0, фактическая толщина листа достигает 1,83 .
Рис. 24
Зная , по рис. 24 находят шаг стоек .
По рис. 25 определяются коэффициент затрат материала на стойки и стенку и минимальная площадь стойки.
Р ис. 25
Рис. 26
По рис. 26 находится значение отношения толщины стойки к толщине стенки и определяется потребное значение толщины лапки, прикреплённой к стенке. Толщина полки, перпендикулярной к стенке, должна быть
.
Площадь стойки и её толщины и дают возможность определить профиль по каталогу. Наиболее эффективны профили типа Д16ТПр и Д16ТПр. После выбора профиля следует определить фактический шаг стоек:
.
Рис. 27
Чтобы стойка не была с заниженным моментом инерции , следует пользоваться графиком, приведённым на рис. 27.
Аналогичным образом может рассчитываться на сдвиг лонжерон балочного типа.
7. Расчёт лонжерона с трёхслойной обшивкой
Силовые панели такого крыла состоят из внешних слоёв, соединённых пенопластовым (уд. вес 0,2 – 0,5 ) или сотовым (из металлической фольги толщиной 0,2 – 0,5 ) заполнителем. Трёхслойные панели не нуждаются в подкреплении, так как имеют большую поперечную жёсткость. Заполнитель воспринимает поперечные силы и обеспечивает совместную работу несущих слоёв при изгибе от нормальных и касательных сил, лежащих в срединной поверхности. Сам заполнитель на изгиб не работает, так как его жёсткость мала по сравнению с внешними несущими слоями.
При расчёте крыла на изгиб, сдвиг и кручение влияние пенопластового наполнителя учитывается редукционным коэффициентом
,
где - модуль упругости наполнителя в плоскости обшивки.
Заполнитель с шестигранными сотами более несущий, чем с квадратными, но его изготовление более трудоёмко и сложно. Если грани сот (квадратных) параллельны размаху, то редукционный коэффициент растяжения – сжатия:
.
Если соты направлены под углом к размаху, то для сдвига:
,
где - модуль сдвига материала несущих слоёв;
- модуль упругости материала сот.
Модуль упругости заполнителя определяется формулой
, где для шестигранных сот;
для квадратных сот.
При работе трёхслойных панелей на растяжение разрушающие нагрузки определяются временным сопротивлением несущих слоёв, а на сжатие и сдвиг со- ответствующими критическими напряжениями. Критические напряжения мест- ной и общей потери устойчивости при сжатии будут:
,
где - расстояние между серединами толщин несущих слоёв;
- коэффициент Пуассона;
.
Коэффициент принимает значение 1; 4; 2 соответственно для шарнирного опирания, защемления или полузащемления.
Модуль сдвига заполнителя
.
Критическое напряжение общей и местной потери устойчивости при сдвиге определяется соответственно
,
где и большая и меньшая стороны пластины;
.
Расчётным напряжением будет меньшее из напряжений общей или местной по- тери устойчивости. Полученные напряжения сравниваем с напряжениями и при редукционном коэффициенте, равном нулю.