受氣密載荷的平面加筋壁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

邱鑫

【摘 要】本文探討了民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中承受氣密載荷的加筋壁板的關(guān)鍵參數(shù)如何設(shè)定。

【關(guān)鍵字】氣密載荷；加筋壁板

中圖分類號(hào)： V223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）23-0089-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.23.038

【Abstract】This paper discusses how to set the key parameters of stiffened panels subjected to sealing loads in the structural design of civil aircraft.

【Key words】Sealing load； Stiffened panel

0 引言

加筋板包括組合式和整體式兩類，隨著工藝水平的提升，機(jī)加的成本下降，重量更輕的整體式加筋板得到了更廣泛的應(yīng)用。本文僅對(duì)布置在氣密面上的平面整體式加筋板設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，如前起落架艙的左右側(cè)壁板、上壁板（如圖1）、前后端框和中央翼前氣密隔框等。

1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

在氣密載荷作用下，腹板的最大應(yīng)力和筋條的最大應(yīng)力不超過許用值。

2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

在滿足強(qiáng)度和功能性要求的前提下，使結(jié)構(gòu)重量盡可能的小。

3 關(guān)鍵參數(shù)分析

氣密載荷作用下平面加筋板設(shè)計(jì)主要考慮3個(gè)方面：

A.腹板厚度t；

B.加強(qiáng)筋布置；

C.加強(qiáng)筋截面。

如圖2所示，加強(qiáng)筋的布置實(shí)質(zhì)是設(shè)定腹板格子的大小，即長邊a和短邊b；

機(jī)加加強(qiáng)筋截面可設(shè)計(jì)成矩形或T字型，矩形截面如圖3所示，筋條高度為h，筋條厚度為tb。

T字型截面如圖4所示。矩形截面的加工較為簡單，應(yīng)用更為廣泛。

3.1 腹板分析

平面氣密加筋板的腹板可簡化為薄板來進(jìn)行力學(xué)分析，薄板的力學(xué)屬性介于厚板和膜板之間，總應(yīng)力為薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力之和。

當(dāng)薄板的邊界為簡支且a/b≥2或邊界固支a/b≥1.5時(shí)，壓力系數(shù)與板的變形δ、最大薄膜應(yīng)力fd及最大總應(yīng)力f的關(guān)系如圖5所示，其中最大應(yīng)力出現(xiàn)在長邊的中間點(diǎn)上。

因加筋板內(nèi)的筋條兩側(cè)腹板是對(duì)稱的，故每一格腹板可以看作為邊界固支，對(duì)應(yīng)圖5中的總應(yīng)力f（固支邊）曲線可以看出腹板上的最大應(yīng)力取決于腹板的短邊b。腹板的總應(yīng)力應(yīng)小于許用應(yīng)力，即

f≤σmax（1）

按材料的許用應(yīng)力，查圖5可計(jì)算出腹板厚度t與筋條間距b的關(guān)系。

3.2 加強(qiáng)筋分析

加強(qiáng)筋可按照受均布載荷的兩端固支的梁來分析，每段筋條受到的均布載荷為兩側(cè)的腹板上的氣密載荷的一半相疊加，即等于一格腹板受到的氣密載荷。以長邊的加強(qiáng)筋為例，壓差為p，則每格腹板受到的氣密載荷為pab，每根筋根據(jù)材料的許用應(yīng)力可計(jì)算出立筋的高度h、厚度tb與腹板格子大小的關(guān)系。

3.3 綜合分析

對(duì)平板重量影響最大的是板的厚度，在滿足工藝能力、疲勞性能的前提下，應(yīng)盡量降低板的厚度；腹板厚度和材料許用應(yīng)力決定腹板短邊長度的最大值；腹板的長邊、短邊的設(shè)定和材料許用應(yīng)力決定立筋截面的最小慣性矩。

3.4 算例分析

以前起艙上壁板為例，按當(dāng)前工藝能力，建議機(jī)加腹板厚度最小值t=1.2mm，即0.047in，鋁合金材料的E=10.3×106lbf/in2，極限氣密載荷p=20lbf/in2，材料許用應(yīng)力取400MPa；

若短邊b取100mm，即3.94in，計(jì)算壓力系數(shù)：

短邊設(shè)定為100mm，與框站位對(duì)應(yīng)的組合式加強(qiáng)立柱的間距a=240mm，材料許用應(yīng)力取400MPa，代入公式（6）計(jì)算：

tbh2=1030

按目前機(jī)加工藝能力，筋條厚度不小于2mm，可得h至少為22.7mm可滿足要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]牛春勻.實(shí)用飛機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析及尺寸設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空工業(yè)出版社，2009.