8.3.2Определение центра жесткости.

Аналогично центру жесткости крыла, центр жесткости фюзеляжа определяется потоком касательных напряжений обшивки полученных в расчете на сдвиг. Поскольку сечение фюзеляжа, как правило, симметрично, то центр жесткости заведомо будет находиться на оси Y, и необходимо определить только координату Y_ж, так как Z_ж = 0 в силу симметричности сечения.

Если сечение фюзеляжа несимметрично относительно оси Z, то ордината центра жесткости Y_ж определяется из расчета на сдвиг в горизонтальной плоскости от перерезывающей силы Q_z.

Рис. 8.3.

Для получения вертикальной координаты пользуемся формулой

. (8.4)

8.3.3Расчет на кручение.

Расчет на кручение значительно облегчается тем, что нам известен центр жесткости. Соответственно легко можно подсчитать внешний крутящий момент в сечении. В хвостовом сечении основная часть курутящего момента создается нагрузкой от вертикального оперения или несимметричной нагрузкой горизонтального оперения.

Р ис. 8.4.

Поток касательных напряжений в обшивке сечения при этом рассчитывается по формуле

, (8.5)

где  – площадь контура сечения.

Соответственно касательные напряжения вычисляются по стандартной формуле

, (8.6)

где  – толщина обшивки.

Касательные напряжения, полученные при расчете на сдвиг и кручение необходимо сложить.

8.4Расчет фюзеляжа в зоне вырезов.

Рассматриваться будет конструкция фюзеляжа в зоне больших вырезов, так как небольшие вырезы полностью компенсируются соответствующими оканатовками.

Р ис. 8.5.

Р ассмотрим фюзеляж с вырезом под грузовой люк (рис. 8.5). Поскольку возмущения, вызванные наличием выреза быстро затухают, то при удалении от выреза на расстояние D равное длине дуги выреза влияние дополнительных напряжений прекращается.

В связи с этим бимсы ограничивающие вырез продолжаются на расстояние D, а ограничивающие вырез шпангоуты делаются усиленными. Расчет зоны выреза во многом аналогичен расчету зоны выреза для крыла (раздел 5). Поэтому данный вопрос будем рассматривать кратко, во избежание повторений.

Рис. 8.6.

Как и в крыле, вырез является причиной депланации сечений, а, следовательно, и перераспределения напряжений. Вдали от выреза в передачи усилий участвуют все элементы продольного набора. По мере приближения к вырезу, разрезанные элементы набора будут передавать нагрузки на неразрезанные элементы набора. Аналогично, в сечениях за вырезом будет наблюдаться обратный процесс.

На первом этапе производится расчет сечений без учета депланаций на основе известных эпюр перерезывающих сил (Q_y, Q_x), изгибающих и крутящих моментов (M_y, M_z, M_x), а также продольных сил (N_x). Обязательно производится расчет сечений непосредственно примыкающих к вырезу – A – A, a – a, B – B и b – b (рис. 8.6).

Это стандартный расчет, не требующий дополнительных пояснений состоит из следующих частей:

1. Расчет на изгиб в плоскостях X0Y и X0Z;

2. Расчет на сдвиг от перерезывающих сил в плоскостях X0Y и X0Z;

3. Расчет от действия продольных усилий Nx;

4. Определение центра жесткости;

5. Расчет на свободное кручение;

6. Суммирование напряжений.

Полученные таким образом усилия обозначим как и для усилий в продольных элементах и в потоков в обшивках, соответственно. Для сечений A – A и B – B это будет , и , .

Аналогично рассчитывается отсек с вырезом, учитывая тот факт, что сечение имеет вырез и незамкнуто. Также как и для отсеков без выреза производим расчет на изгиб и сдвиг в двух плоскостях, определение центра жесткости и расчет от действия продольных сил и расчет на кручение (для данного отсека производится расчет на стесненное кручение). После суммирования получаем усилия, обозначенные как и для усилий в продольных элементах и в потоков в обшивках, соответственно. Для сечений a – a и b – b это будет , и , . Обратите внимание, что при этом, линия центров жесткости выходит за пределы контура сечения в сторону противоположную вырезу (рис. 8.7).

Р ис. 8.7.

Рис. 8.8.

Рассмотрим теперь согласование усилий в граничных сечениях. В сечени A – A значения усилий будут соответственно , (рис. 8.8).

Будем считать данное напряженное состояние первым. Для него должны выполняться условия равновесия

, (8.7)

, (8.8)

, (8.9)

, (8.10)

, (8.11)

. (8.12)

Здесь , , , , и – соответствено перерезывающие силы, изгибающие моменты и крутящий момент в сечении A – A. Однако в сечении a – a отсек нагружен усилиями , . Эти усилия также найдены, и также удовлетворяют условиям равновесия.

, (8.13)

, (8.14)

, (8.15)

, (8.16)

, (8.17)

. (8.18)

Это нагружение от торцевых сил назовем вторым нагружением. Неизвестные при этом внутренние нагрузки назовем P_i и q_i.