8Требования к выбору конструкционных материалов

Уменьшение массы конструкции может быть достигнуто использованием высокопрочных конструктивных материалов с высоким значением удельной прочности. В то же время выбор материалов с высоким значением удельной прочности не является достаточной [4–11].

9Методика выполнения расчетов

9.1Проектировочный расчет крыла и его элементов на прочность Определение геометрических параметров силовых элементов

В дальнейшем расчете считается, что все внутренние силовые факторы Q, М_изг, М_кр, действующие на агрегат, были определены в предыдущем курсовом проекте. Общая расчетная схема агрегата аналогична той, что была использована при расчете нагрузок и внутренних силовых факторов.

Расчет геометрических параметров выполняется для каждого расчетного сечения (количество их и расположение определено в предыдущем КП). При отсутствии данных о конструктивном материале при расчете на прочность принимаем: для нижней панели кессона – Д16Т, а для верхней – В95 (табл. 9.1).

При расчете принимаем: внешние нагрузки воспринимаются кессоном, т. е. воспринимается верхними и нижними панелями, Q – стенками лонжеронов и – замкнутым контуром между лонжеронными частями. Площадь поясов лонжеронов составляет 12 % от суммарной площади панелей [2, 5].

Определение геометрических размеров панели в первом приближении будет вестись только от действия изгибающего момента методом редукционных коэффициентов.

Таблица 9.1

Расчетные параметры материалов

Модуль Юнга Е, кг/мм2	Модуль упругости, G, кг/мм2	Коэф. Пуассона, μ	σв , кг/мм2	σр , кг/мм2	τ, кг/мм2	ρ, кг/м3
Д16Т
7200	2700	0.3	42	26	15	2800
В95
7200	2700	0.3	60	50	21	2800

Порядок проектировочного расчета кессона крыла

1. Составляем общую расчетную схему кессона крыла (рис. 9.1).

2. Расчитываем среднюю высоту межлонжеронной части крыла (рис. 9.2):

,

где Н₁ и Н₂ высоты переднего и заднего лонжеронов в сечении (см. предыдущий КП).

Рис. 9.1. Расчетная схема крыла:

, - относительные толщины корневого и концевого сечений крыла; , - корневая и концевая хорды крыла; а – шаг нервюр; χ – угол стреловидности крыла; L – размах крыла; γ – угол конусности крыла; х₁ и х₂ – положения лонжеронов (см. предыдущий КП).

Рис. 9.2. Расчетная схема сечения крыла:

1 – зона кессона крыла; Н₁ – высота переднего лонжерона; Н₂ – высота заднего лонжерона; х₁ и х₂ – положения лонжеронов; х_ц.ж – положение центра жесткости; b_і – хорда крыла в сечении.

3. Определение размеров элементов верхней (сжатой) панели (рис. 9.3):

   1. редукционная площадь панели

,

де – критическое напряжение для пояса лонжерона. Принимаем

2. суммарная площадь верхних поясов лонжеронов

3. площадь поясов лонжеронов приближенно распределяется пропорционально их высоте

Задаваясь шириной b (из конструктивных соображений), определяют их толщину h. Соотношение b/h (рис. 9.3) выбирают таким образом, чтобы критическое напряжение потери устойчивости пояса лонжерона было равным расчетному напряжению материала пояса . Критическое напряжение

рассчитывают:

где k=0,9 – коэффициент, учитывающий ослабление пояса лонжерона отверстиями под заклепки;

Е – модуль упругости материала пояса;

b – ширина пояса;

h – высота пояса.

Рис. 9.3. Расчетная схема кессона крыла:

1 – верхний пояс переднего лонжерона; 2 – стрингеры верхней панели; 3 – верхняя обшивка; 4 – верхний пояс заднего лонжерона; 5 – стенка заднего лонжерона; 6 – нижний пояс заднего лонжерона; 7 – стрингеры нижней панели; 8 – нижняя обшивка; 9 – нижний пояс переднего лонжерона; 10 – стенка переднего лонжерона; Н₁ – высота переднего лонжерона; Н₂ – высота заднего, B – ширина кессона; та – шаг стрингеров на верхней и нижней поверхностях кессона.

4. приведенная толщина сжатой обшивки определяется

,

где – редукционный коэффициент;

– критическое напряжение потери устойчивости стрингера верхней панели;

– расстояние между стенками лонжеронов в сечении.

5. толщина обшивки

6. определяем шаг стрингеров согласно статистическим данным для кессонных крыльев . Шаг стрингеров по условиям технологичности постоянный по размаху крыла, меняется только количество.

7. количество стрингеров на верхней панели

8. площадь стрингеру

4. Определение размеров элементов нижней (растянутой) панели:

1. редукционная площадь панели

,

где – допустимое напряжение для пояса лонжерона.

2. суммарная площадь верхних поясов лонжеронов

3. площадь поясов лонжеронов приближенно распределяется пропорционально их высоте

Задаваясь шириной поясов (по конструктивным соображениям) определяют их толщину (см. выше).

4. приведенная толщина растянутой обшивки определяется

,

где – редукционный коэффициент.

5. толщина обшивки

6. шаг стрингеров растянутой панели

,

7. количество стрингеров на верхней панели

8. площадь стрингера

Для учета работы верхней и нижней панелей обшивки на сдвиг от крутящего момента и на изгиб при передачи местной воздушной нагрузки необходимо толщину, полученную во время расчета от изгибающего момента увеличить на 25%. Таким образом, проектные значения толщин обшивок определяются

5. Определение толщины стенок лонжеронов. При расчете принимается допущение, что в переднем лонжероне касательные потоки от Q и M_кр сумируются, а в заднем – отнимаются (рис. 9.4)

   1. приведенная величина поперечной силы с учетом конусности крыла

,

где Q – поперечная сила в сечении крыла;

– угол конусности крыла,

где , – относительные толщины корневого и концевого сечений крыла;

, – корневая и концевая хорды крыла (рис. 9.4).

Рис. 9.4. Схема действия внутренних силовых факторов контура кессона крыла

2. поперечная сила в лонжеронах распределяется пропорционально квадрату высоты:

– для переднего лонжерона;

– для заднего лонжерона.

3. касательные потоки в стенках лонжерона (рис.9.4)

– для переднего лонжерона;

– для заднего лонжерона.

4. толщина стенок лонжеронов:

– для стенки переднего лонжерона;

– для стенки заднего лонжерона,

где .

6. Шаг стоек лонжеронов (див. рис. 7.8)

– для переднего лонжерона;

– для заднего лонжерона.

7. Шаг нервюр определяется (см. рис. 9.1)

Расчетные параметры кессона крыла заносятся в таблицу.

Пример

Таблица 3.14