CN102928248B - 一种展向连接结构最大拉伸应力和最大剪切应力不同相时dfr基准值确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空疲劳计算领域，特别是涉及到一种展向连接结构最大拉伸应力和最大剪切应力不同相时DFR基准值确定方法。本发明所提出的最大拉伸应力和最大剪切应力不同相时的DFR基准值确定方法，对于飞机结构普遍采用的展向连接结构形式，不再以最大拉伸应力和最大剪切应力同相为前提假设，扩展了原有方法的计算范围。本发明基于飞机结构真实疲劳载荷谱得出，更加符合真实飞行及受力情况。本发明所提出的展向连接结构应力不同相时DFR基准值确定方法，理论依据清楚，步骤简便，便于计算机编程实现自动化计算。

Description

一种展向连接结构最大拉伸应力和最大剪切应力不同相时DFR基准值确定方法

技术领域

本发明属于航空疲劳计算领域，特别是涉及到一种展向连接结构最大拉伸应力和最大剪切应力不同相时DFR基准值确定方法。

背景技术

展向连接结构是结构中常见的一种典型连接结构形式，常用于机翼壁板对接、机身壁板连接等部位。现有的该种连接形式在采用DFR(结构细节疲劳额定值)方法进行疲劳强度计算时，做了疲劳载荷谱中的最大拉伸应力和最大剪切应力同相(即二者同时出现)的假设，从而简化了计算过程。飞机结构的疲劳载荷谱由飞机实际飞行中可能遇到的各种载荷情况构成，一般而言，疲劳载荷谱中的最大拉伸应力和最大剪切应力并不同相(即二者不同时出现)，现有的DFR(结构细节疲劳额定值)计算方法不能如实反应上述因素的影响。

现有的相关专利文献没有涉及本发明所述问题。

发明内容

本发明的目的是：提供一种能够如实反映不同相时DFR基准值的一种展向连接结构最大拉伸应力和最大剪切应力不同相时DFR基准值确定方法。

本发明的技术方案是：一种展向连接结构最大拉伸应力和最大剪切应力不同相时DFR基准值确定方法，包括以下步骤：

步骤一、确定DFR基准值DFR_base时所用的拉伸应力σ_tB：

若R≥-1，则σ_tB＝σ_tmax；

若R<-1，则σ_tB＝σ_talt；

其中：R——应力比；σ_tmax——疲劳应力谱中最大拉伸应力；σ_talt——疲劳应力谱中地空地应力循环幅值，且σ_talt＝0.5(σ_tmax-σ_tmin)；σ_tmin——疲劳应力谱中最小拉伸应力；

步骤二、确定DFR基准值DFR_base时所用的剪切应力τ_sB：

若且|τ_s(σ_t)|>|τ_s(σ_tmax)|，

则τ_sB＝|τ_s(σ_tmax)|+C(|τ_s(σ_t)|-|τ_s(σ_tmax)|)；其中C为参数，且 $C=2[\left(\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_t}{{\mathrm{\&sigma;}}_{t\max }}\right)-0.5];$

若或|τ_s(σ_t)|≤|τ_s(σ_tmax)|，

则τ_sB＝|τ_s(σ_tmax)|

其中：σ_t——疲劳应力谱中次大拉伸应力；τ_s(σ_t)——疲劳应力谱中次大拉伸应力对应的剪切应力；τ_s(σ_tmax)——疲劳应力谱中最大拉伸应力对应的剪切应力；

步骤三、确定挤压应力与参考应力之比

$\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{br}}}{{\mathrm{\&sigma;}}_g}=\frac{{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{sB}}\&CenterDot;S}{{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{tB}}\&CenterDot;d\&CenterDot;n}$

其中：σ_br——挤压应力；σ_g——参考应力；S——紧固件垂直于参考应力方向的间距；n——紧固件排数；d——紧固件直径；

步骤四、确定DFR基准值DFR_base：

若结构材料为铝合金，则DFR_base＝121×1.0×ψ

若结构材料为钛合金，则DFR_base＝121×1.6×ψ

若结构材料为高强度钢，此时σ_b>1655MPa)，则DFR_base＝121×1.9×ψ

若结构材料为中等强度钢，此时σ_b≤1655MPa)，则DFR_base＝121×2.2×ψ

其中：σ_b——材料拉伸强度极限，ψ——载荷传递系数：若紧固件为铆钉，则当ψ>1时ψ取1；若紧固件为螺栓，则当ψ>1时ψ取1，t——连接处结构厚度。

本发明的优点是：本发明所提出的最大拉伸应力和最大剪切应力不同相时的DFR基准值确定方法，对于飞机结构普遍采用的展向连接结构形式，不再以最大拉伸应力和最大剪切应力同相为前提假设，扩展了原有方法的计算范围。本发明基于飞机结构真实疲劳载荷谱得出，更加符合真实飞行及受力情况。本发明所提出的展向连接结构应力不同相时DFR基准值确定方法，理论依据清楚，步骤简便，便于计算机编程实现自动化计算。

附图说明

图1为展向连接结构示意图

图2为展向连接结构尺寸示意图；

图3为疲劳应力剖面图。

其中，1-左侧蒙皮，2-右侧蒙皮，3-紧固件，4-长桁

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明，请参阅图1至图3。

如图1所示，为展向连接结构示意图，展向连接结构由1-左侧蒙皮、2-右侧蒙皮、3-紧固件、4-长桁组合而成，该种结构形式被广泛应用于飞机结构机翼蒙皮对接以及机身蒙皮对接等结构中。

如图2所示，为展向连接结构尺寸示意图，给出了实例所用到的相关参数。

如图3所示，为疲劳应力剖面图，给出了实例所用到的疲劳应力剖面图，由6个载荷情况构成。

一种展向连接结构最大拉伸应力和最大剪切应力不同相时DFR基准值确定方法，包括以下步骤：

步骤一、确定DFR基准值DFR_base时所用的拉伸应力σ_tB：

若应力比R≥-1，则σ_tB＝σ_tmax；若应力比R<-1，则σ_tB＝σ_talt。

其中：R——应力比；σ_tmax——疲劳应力谱中最大拉伸应力；σ_talt——疲劳应力谱中地空地应力循环幅值，且σ_talt＝0.5(σ_tmax-σ_tmin)；σ_tmin——疲劳应力谱中最小拉伸应力。

步骤二、确定DFR基准值DFR_base时所用的剪切应力τ_sB：

若次大拉伸应力与最大拉伸应力之比且|τ_s(σ_t)|>|τ_s(σ_tmax)|，

则τ_sB＝|τ_s(σ_tmax)|+C(|τ_s(σ_t)|-|τ_s(σ_tmax)|)。其中C为参数，且 $C=2[\left(\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_t}{{\mathrm{\&sigma;}}_{t\max }}\right)-0.5];$

若次大拉伸应力与最大拉伸应力之比或|τ_s(σ_t)|≤|τ_s(σ_tmax)|，

则τ_sB＝|τ_s(σ_tmax)|

其中：σ_t——疲劳应力谱中次大拉伸应力；τ_s(σ_t)——疲劳应力谱中次大拉伸应力对应的剪切应力；τ_s(σ_tmax)——疲劳应力谱中最大拉伸应力对应的剪切应力。

步骤三、确定挤压应力与参考应力之比

挤压应力与参考应力之比为

其中：σ_br——挤压应力；σ_g——参考应力；S——紧固件间距(垂直于参考应力方向)；n——紧固件排数；d——紧固件直径。

步骤四、确定DFR基准值DFR_base：

若结构材料为铝合金，则DFR_base＝121×1.0×ψ

若结构材料为钛合金，则DFR_base＝121×1.6×ψ

若结构材料为高强度钢(σ_b>1655MPa)，则DFR_base＝121×1.9×ψ

若结构材料为中等强度钢(σ_b≤1655MPa)，则DFR_base＝121×2.2×ψ

其中：σ_b——材料拉伸强度极限，ψ——载荷传递系数。若紧固件为铆钉，则(当ψ>1时取1)；若紧固件为螺栓，则(当ψ>1时取1)，t——连接处结构厚度。

下面以某一实例，对本发明做进一步详细描述。

如图1所示，为展向连接结构示意图，展向连接结构由1-左侧蒙皮、2-右侧蒙皮、3-紧固件、4-长桁组合而成，该种结构形式被广泛应用于飞机结构机翼蒙皮对接以及机身蒙皮对接等结构中。

如图2所示，为展向连接结构尺寸示意图，给出了实例所用到的相关参数。

如图3所示，为疲劳应力剖面图，给出了实例所用到的疲劳应力剖面图，由6个载荷情况构成。

步骤一、确定DFR基准值DFR_base时所用的拉伸应力σ_tB：

如图1所示，根据图2的疲劳应力剖面图，由于地空地应力比则σ_tB＝σ_talt，且σ_tB＝σ_talt＝0.5(σ_tmax-σ_tmin)＝0.5[43.4-(-46.2)]＝44.8MPa。

步骤二、确定DFR基准值DFR_base时所用的剪切应力τ_sB：

根据图2的疲劳应力剖面图，次大拉伸应力与最大拉伸应力之比|τ_s(σ_t)|＝42.8MPa，|τ_s(σ_tmax)|＝32.4MPa。

由于且|τ_s(σ_t)|>|τ_s(σ_tmax)

因此，参数 $C=2\left[(\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_t}{{\mathrm{\&sigma;}}_{t\max }}-0.5)\right]=2[\left(\frac{37.2}{43.4}\right)-0.5]=0.71$

确定DFR基准值DFR_base时所用的剪切应力τ_sB：

τ_sB＝|τ_s(σ_tmax)|+C(|τ_s(σ_t)|-|τ_s(σ_tmax)|)＝32.4+0.71(42.8-32.4)＝39.8MPa

步骤三、确定挤压应力与参考应力之比

紧固件间距S＝40mm，直径d＝9.5mm。

挤压应力与参考应力之比 $\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{br}}}{{\mathrm{\&sigma;}}_g}=\frac{{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{SB}}\&CenterDot;S}{{\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{tB}}\&CenterDot;d\&CenterDot;n}=\frac{39.8\&times;40}{44.8\&times;9.5\&times;2}=1.87$

步骤四、确定DFR基准值DFR_base：

连接处结构厚度t＝11.6mm，

该连接结构所用紧固件为铆钉，因此载荷传递系数：

$\mathrm{\&psi;}=0.655-0.525\lg (\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{br}}}{{\mathrm{\&sigma;}}_g}\&CenterDot;\frac{t}{d})=0.655-0.525\lg (1.87\&times;1.22)=0.467$

结构材料为铝合金，则DFR_base＝121×1.0×ψ＝121×1.0×0.467＝56.5MPa。

Claims (1)

1.一种展向连接结构最大拉伸应力和最大剪切应力不同相时DFR基准值确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、确定DFR基准值DFR_base时所用的拉伸应力σ_tB：

若R≥-1，则σ_tB＝σ_tmax；

若R<-1，则σ_tB＝σ_talt；

其中：R——应力比；σ_tmax——疲劳应力谱中最大拉伸应力；σ_talt——疲劳应力谱中地空地应力循环幅值，且σ_talt＝0.5(σ_tmax-σ_tmin)；σ_tmin——疲劳应力谱中最小拉伸应力；

步骤二、确定DFR基准值DFR_base时所用的剪切应力τ_sB：

若且|τ_s(σ_t)|>|τ_s(σ_tmax)|，

则τ_sB＝|τ_s(σ_tmax)|+C(|τ_s(σ_t)|-|τ_s(σ_tmax)|)；其中C为参数，且 $C=2[\left(\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_t}{{\mathrm{\&sigma;}}_{t\max }}\right)-0.5];$

若或|τ_s(σ_t)|≤|τ_s(σ_tmax)|，

则τ_sB＝|τ_s(σ_tmax)|

其中：σ^t——疲劳应力谱中次大拉伸应力；τ_s(σ_t)——疲劳应力谱中次大拉伸应力对应的剪切应力；τ_s(σ_tmax)——疲劳应力谱中最大拉伸应力对应的剪切应力；

步骤三、确定挤压应力与参考应力之比

$\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{br}}}{{\mathrm{\&sigma;}}_g}=\frac{{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{sB}}\&CenterDot;S}{{\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{tB}}\&CenterDot;d\&CenterDot;n}$

其中：σ_br——挤压应力；σ_g——参考应力；S——紧固件垂直于参考应力方向的间距；n——紧固件排数；d——紧固件直径；

步骤四、确定DFR基准值DFR_base：

若结构材料为铝合金，则DFR_base＝121×1.0×ψ

若结构材料为钛合金，则DFR_base＝121×1.6×ψ

若结构材料为高强度钢，此时σ_b>1655MPa)，则DFR_base＝121×1.9×ψ

若结构材料为中等强度钢，此时σ_b≤1655MPa)，则DFR_base＝121×2.2×ψ

其中：σ_b——材料拉伸强度极限，ψ——载荷传递系数：若紧固件为铆钉，则当ψ>1时ψ取1；若紧固件为螺栓，则当ψ>1时ψ取1，t——连接处结构厚度。