4.2. Проектирование нижнего пояса лонжерона

Размеры нижнего пояса, его площадь, может быть определена по выражению:

(9);

где Рр – усилие в поясе при растяжении.

В расчетном случае «Д» этот пояс должен воспринимать нагрузку Рсж=0,5 Рр без потери устойчивости:

^(10);

решая совместно уравнения (9) и (10) можно получить:

^(11);

тогда для материала В95пчТ₂:

;

Принимаем поскольку широкий нижний пояс значительно ослабляет нервюры.

1 вариант. Mр₁ =956,67 кН м; H = 350 мм. Определим величину растягивающей силы пояса в сечении. Площадь сечения и толщину нижнего пояса по 1 варианту.

; ;

;

Получим _н =0,057 м = 57 мм.

2 вариант. Ширину нижнего пояса по 2 варианту также принимаем равной ширине верхнего.

При подборе параметров растянутого нижнего пояса лонжерона можно пользоваться следующей формулой для определения потребной площади пояса:

Тогда толщина нижнего пояса:

Результаты расчёта поясов лонжерона по двум вариантам представим в таблице 4.5.

Таблица 4.5. Результаты расчёта поясов лонжерона по двум вариантам

	BВ	δв	BН	δ Н
1 вариант: Mизг1л = 1065,27 кН м; H = 350мм; M/H3 = 24,8 МПа; швеллер
1 вариант В95	87	43,5	87	57
1 вариант Д16АТ	90	45
2 вариант: M/H3 = 20 МПа; H = 260мм ; двутавр
2 вариант В95	48х2=96	24	48х2=96	27
2 вариант 30 ХГСНА	29х2=58	14,5

4.3. Расчет “полок” пояса лонжерона для крепления обшивки

Толщина полки определяется из следующих условий:

1) условие прочности

,

2) условие жёсткости

.

3) условие технологичности

- для алюминиевого сплава δ_пол≥3 мм

- для стали δ_пол≥2 мм.

П рименяя данные условия, получим следующие ограничения для толщины лапки верхнего пояса лонжерона:

а ) по прочности (7)

б) по жесткости – (8);

8) по технологичности и неразрушения лапки при клепке .

Ширина «лапки» выбирается из условия долговечности и прочности заклепочного шва, так, чтобы расстояние от заклепки до каждого из краев было не меньше полутора-двух диаметров крепежа, например, при однорядном и двухрядном швах:

B_л1 = C₁+C₂ = (1,5 -2,0)d + (1,5-2,0)d = (3,0-4,0)d,

B_л2 = C₁+C₂+t_m = (1,5 -2,0)d + (1,5-2,0)d +d = (3,5-5,0)d,

где C₁ , C₂ – перемычки до края листа; t_m - расстояние между рядами.

При d= 6,0 мм для однорядного шва B_л = (18-24) мм; принимаем B_л = 24 мм .

При d=5,0 мм для двухрядного шва B_л = (17,5-25) мм

Толщину лапки выбираем , при этом удовлетворяются условия прочности и технологичности, но не удовлетворяются условия жёсткости, а ширину лапки, приняв однорядный шов, B_л = 24 мм – из условия соединения

4. 4. Проектирование стенок и стоек не теряющих устойчивость

Исходными данными для проектирования стенки является интенсивность поперечной силы: (Q/H²= 3 МПа.

Будем вести проектирование стенки, не теряющей устойчивость Стенку будем считать обладающей минимальной массой, если масса самой стенки и подкрепляющих её стоек будет минимальна, при этом желательно также выдерживать условия технологичности – по возможности выбирать толщину стенки равной толщине стандартного листа (если это не требует больших массовых затрат), а также не применять слишком тонких стенок и стоек.

Размеры таких стенок определяются из условия:

(9).

Прежде всего, величина критических напряжений сдвига существенно зависит от величины интенсивности поперечных сил. Кроме того, в стенках, подкреплённых стойками, существует несколько видов потери устойчивости:

местная потеря устойчивости пластины между стойками;

общая неустойчивость системы ”стенка стойки”;

местная потеря устойчивости прикреплённой к пластине стойки.

Критические напряжения местной потери устойчивости пластины между элементами жёсткости определяются по формуле:

(10);

E – модуль упругости;

_сд – коэффициент пластичности сдвига;

- расстояние между стойками;

h_ст – высота стенки;

k_ss – коэффициент устойчивости, учитывающий размеры клёпки пластинки и жёсткости стоек.

Расчёт параметров крепежа.

Определение параметров заклёпок для крепления стенки к поясу.

Диаметр заклёпки определяется из таблицы, приведённой в [4] исходя из силы, действующей на одну заклёпку. Значение этой силы определяется из выражения:

,

где k_β – коэффициент неравномерности загрузки, k_β=1.1.

Q – перерезывающая сила, воспринимаемая стенкой

t – шаг заклёпок

h_ст – высота стенки

m – число рядов заклёпочного шва.

При этом значение t/d должно находиться в пределах 3-7.( См. табл.4.6.)

Таблица 4.6. Крепление стенки к поясу.

t, мм	Pз, N	Материал стенки	Число рядов, m	Обозначение
15	4702	В95	2	ОСТ1 34040-5-13

Стенка приклепывается к ребру пояса заклепками d _з = 5 мм, ОСТ 1 34040-4-10, из материала В65.

Алгоритм проектирования стенки минимальной массы следующий:

1. Принимается два значения отношений расстояний между подкрепляющими стенку стойками к высоте стенки l/h. l/h=0.5, l/h=1.

2. Из графиков пособия [1] для каждого отношения l/h находятся приведенные напряжения τ_пр.

3. По полученным приведенным напряжениям из графиков пособия [1] находятся разрушающие напряжения τ_р.

4. По формуле

о пределяется потребная толщина стенки.

5. Полученное значение округляется до стандартной толщины, если возможно.

6. Далее по соотношению l/h определяется расстояние между подкрепляющими стойками l.

7. П отребная площадь подкрепляющей стойки определяется по формуле

Подбирается стойка наиболее полно удовлетворяющая условию , где J₀ – момент инерции стойки, а – координата центра тяжести.

8. Для обеих пар стенка-стойка определяется приведенная толщина, оптимальным считается вариант с минимальной приведенной толщиной:

Расчет стенки по 1 варианту.

Определим высоту стенки.

, а с учётом зазоров между стенкой и поясами примем h_ст=245мм.

Поскольку по условию l/h=0,5, то определим по графику рис. 3.2 [4] для соответствующей интенсивности нагрузки равно: ;

(14);

откуда . Полученную величину округляем до стандартной толщины листа, применяемого для изготовления стенок:  = 5 мм.

Определим потребную площадь стоек - ,предварительно определив расстояние между стойками и приведенное касательное напряжение по графику 3.3. [ 4]:

; τ_пр = 167 МПа.

=90,8 мм²

По характерной площади подбираем стойку со следующими параметрами:

H=B=25мм; S=2мм; r=2мм; F=0,964 ;

Расчёт стенки лонжерона по 2 варианту.

Для проектирования стенки необходимо знать её высоту:

Н аходим величину поперечной силы

В таблице 4.6 представлены результаты расчёта, проведённого по данному алгоритму

Таблица 4.6.

l/h	0,5	1
Разрушающие напряжения, МПа	200	165
Приведенные напряжения ,МПа	165	160
Потребная толщина стенки, мм	3,13	3,8
Толщина стандартного листа, мм	3,5	4
l, мм	104,5	209
Потребная площадь стойки, мм2	70	24,8
Приведенная толщина	4,12	4,17

Анализируя полученный результат, можно сказать, что минимальная масса была получена для стенки с соотношением l/h = 0,5. Стенка полностью удовлетворяет технологическим требованиям. Примем следующие параметры стенки:

Cоотношение l/h = 0,5;

Расстояние между стойками l = 105 мм;

Толщина стенки = 3.5 мм;

Подкрепляющий профиль ПР100-52. Параметры профиля приведены на рис. 4.3.

H=B=15 мм, S=3мм, r=3мм, r1=1.5мм, F=82мм², Jx=Jy=0.154 см⁴.

Рис. 4.3.