[發(fā)明專利]一種矩形機(jī)身大開口結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)載荷下結(jié)構(gòu)參數(shù)確定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011612967.7
• 申請(qǐng)日: 2020-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN112829963B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇雁飛;趙占文;黃燁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所
• 主分類號(hào): B64F5/00
• 分類號(hào): B64F5/00;G06F30/23
• 代理公司: 中國(guó)航空專利中心 11008
• 代理人: 張明

1.一種矩形機(jī)身大開口結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)載荷下結(jié)構(gòu)參數(shù)確定方法，其特征在于，包括：

根據(jù)實(shí)際機(jī)身大開口結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸，建立機(jī)身大開口的結(jié)構(gòu)模型，所述結(jié)構(gòu)模型中，對(duì)于實(shí)際大開口結(jié)構(gòu)兩端的加強(qiáng)框，將其簡(jiǎn)化為以其中一個(gè)加強(qiáng)框與大開口連接的模型結(jié)構(gòu)；設(shè)定一個(gè)約束端面來(lái)模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)大開口結(jié)構(gòu)端部的加強(qiáng)框，大開口結(jié)構(gòu)模型的端面與約束端面重合，將該端面作為固定端，另外一個(gè)端面作為加載端；在所述結(jié)構(gòu)模型中確定坐標(biāo)軸原點(diǎn)，繼而建立坐標(biāo)系；在加載端對(duì)大開口結(jié)構(gòu)模型施加圍繞x軸的扭轉(zhuǎn)載荷，從而建立扭轉(zhuǎn)模型；

計(jì)算機(jī)身大開口結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)模型剖面特性相關(guān)參數(shù)，包括扇性面積、主扇性慣性矩以及扇性靜距；

在大開口結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)模型中，確定應(yīng)力關(guān)鍵點(diǎn)，并計(jì)算應(yīng)力關(guān)鍵點(diǎn)的剖面正應(yīng)力和剖面剪應(yīng)力；

計(jì)算每個(gè)所述應(yīng)力關(guān)鍵點(diǎn)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力；

分別計(jì)算每個(gè)應(yīng)力關(guān)鍵點(diǎn)處的等效應(yīng)力，基于等效應(yīng)力和許用應(yīng)力，確定每個(gè)應(yīng)力關(guān)鍵點(diǎn)處的最小壁厚；然后進(jìn)行篩選，確定最小壁厚當(dāng)中的最大值作為大開口結(jié)構(gòu)的壁厚；

在所述結(jié)構(gòu)模型中確定坐標(biāo)軸原點(diǎn)，繼而建立坐標(biāo)系，包括：

以大開口結(jié)構(gòu)的對(duì)稱面為基準(zhǔn)，該對(duì)稱面垂直剖分大開口結(jié)構(gòu)的端面；在對(duì)稱面與端面的相交線上，取距離大開口結(jié)構(gòu)頂部z_h的點(diǎn)作為O點(diǎn)，z_h的計(jì)算公式為：

其中，h表示大開口結(jié)構(gòu)的高度，b表示大開口結(jié)構(gòu)的寬度；

基于所述原點(diǎn)O，確定以大開口結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向?yàn)閤軸，高度方向?yàn)閦軸且指向上，y軸根據(jù)右手坐標(biāo)系法則確定；

所述扇性面積、主扇性慣性矩以及扇性靜距的計(jì)算過(guò)程為：

大開口結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)模型受到扭轉(zhuǎn)載荷M_t后發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形；在z軸上確定扭轉(zhuǎn)的扭心位置P，以扭心P為主極點(diǎn)，z軸與大開口結(jié)構(gòu)模型上部的交點(diǎn)D為主零點(diǎn)，剖面上任意一點(diǎn)Q到P的垂直距離為r，定義該垂直距離r從主零點(diǎn)D開始沿剖面輪廓的弧長(zhǎng)到Q點(diǎn)的積分為扇性面積A_w；

基于扇性面積A_w，計(jì)算大開口模型剖面的主扇性慣性矩I_w；主扇性慣性矩I_w為∫_ΩA_w² dA，其中，dA表示積分微元面積，Ω表示機(jī)身大開口剖面區(qū)域；將A_w帶入前式后，公式如下：

其中，t表示大開口模型的壁面厚度；

計(jì)算大開口扭轉(zhuǎn)模型剖面的扇性靜距S_w＝∫A_w dA，其中dA表示機(jī)身大開口面積的積分；

所述在大開口結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)模型中，確定應(yīng)力關(guān)鍵點(diǎn)，包括：

將機(jī)身大開口扭轉(zhuǎn)模型剖面的四個(gè)角點(diǎn)，以及z軸與大開口扭轉(zhuǎn)模型上端面的交點(diǎn)作為應(yīng)力關(guān)鍵點(diǎn)；

所述計(jì)算應(yīng)力關(guān)鍵點(diǎn)的剖面正應(yīng)力和剖面剪應(yīng)力，包括：

剖面正應(yīng)力σ_w表達(dá)式為：

上式中，A_w為應(yīng)力關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)應(yīng)的扇性面積，M_t為扭轉(zhuǎn)載荷，I_w為主扇性慣性矩，x表示應(yīng)力關(guān)鍵點(diǎn)所在剖面位置與約束端面的距離，L表示機(jī)身大開口模型的長(zhǎng)度；

剖面剪應(yīng)力τ_w表達(dá)式為：

上式中，δ表示大開口結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)模型的壁面厚度，S_w表示扇性靜距；

計(jì)算每個(gè)所述應(yīng)力關(guān)鍵點(diǎn)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，包括：

在應(yīng)力關(guān)鍵點(diǎn)A和A′點(diǎn)，結(jié)構(gòu)具有最大的正應(yīng)力，剪應(yīng)力為0；其應(yīng)力的數(shù)值分別為：

τ_A＝0

在應(yīng)力關(guān)鍵點(diǎn)B和B′處，正應(yīng)力和剪應(yīng)力較大，其值分別為：

在應(yīng)力關(guān)鍵點(diǎn)C和C’處，其正應(yīng)力值為0，剪應(yīng)力最大，其數(shù)值分別為：

σ_C＝0；

在應(yīng)力關(guān)鍵點(diǎn)D處，其正應(yīng)力值為0，有較大剪應(yīng)力0，應(yīng)力數(shù)值分別為：

σ_D＝0；

其中，機(jī)身大開口扭轉(zhuǎn)模型剖面的四個(gè)角點(diǎn)中，左下角點(diǎn)、右下角點(diǎn)分別為A，A’；左上角點(diǎn)、右上角點(diǎn)分別為B，B’，y軸與大開口模型左端面、右端面的交點(diǎn)分別為C，C’；z軸與大開口扭轉(zhuǎn)模型上端面的交點(diǎn)為D點(diǎn)；

所述計(jì)算每個(gè)應(yīng)力關(guān)鍵點(diǎn)處的等效應(yīng)力，包括：

根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中所用到的強(qiáng)度準(zhǔn)則，確定強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)的等效應(yīng)力；

當(dāng)采用第四強(qiáng)度理論時(shí)，強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)等效應(yīng)力σ_r4需要滿足：

式中，[σ]為材料的設(shè)計(jì)許用值，σ表示應(yīng)力關(guān)鍵點(diǎn)處的正應(yīng)力，τ表示應(yīng)力關(guān)鍵點(diǎn)處的剪應(yīng)力；

所述確定每個(gè)應(yīng)力關(guān)鍵點(diǎn)處的最小壁厚，包括：

A和A′點(diǎn)處的最小壁厚t_A為：

B和B′點(diǎn)處的最小壁厚：

C和C’點(diǎn)處的最小壁厚：

D點(diǎn)處的最小壁厚有：