CN103048193A - 一种受拉角盒底部强度估算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及飞机强度设计领域，特别涉及一种受拉角盒底部强度估算方法，包括如下步骤：第一步，确定角盒底部剪切工作应力计算公式；第二步，按照角盒底部断裂面分别估算槽型角盒和角型角盒底部的剪切面积，代入第一步中公式，得到角盒底部剪切工作应力；第三步，计算出角盒底部剪切许用应力，并与第一步中角盒底部剪切工作应力作比较，判定角盒底部是否满足强度设计要求。本发明仅需角盒底厚度、螺栓头(或垫圈)外径和工作拉伸载荷三个输入参数即可计算受拉角盒底的强度，具有操作性强、效率高的特点。

Description

一种受拉角盒底部强度估算方法
技术领域
本发明涉及飞机强度设计领域，特别涉及一种受拉角盒底部强度估算方法。
背景技术
受拉角盒广泛应用于飞机结构中，主要用于将较大的拉伸载荷从一个元件向另一个元件传递。常用的受拉角盒主要有槽形和角形，目前，国内对受拉角盒底部进行强度计算主要参考《飞机设计手册 第9册 载荷、强度和刚度》（航空工业出版社.2001）第32.5.2章节的计算方法，需同时计算角盒底部的弯曲和剪切强度，此方法使用较为繁琐，且弯曲系数需通过查取有限的曲线数据插值得到，计算准确性难以保证。
基于上述现有技术中存在的问题，本发明旨在设计一种新的算法，采用这种算法，用简单的输入数据和计算原理，来实现受拉角盒底部强度的估算，并且能够应用于实践中。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实的需要，提供一种实用且快捷的受拉角盒底部强度估算方法。
为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：
一种受拉角盒底部强度的估算方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，确定角盒底部剪切工作应力计算公式为                                                
Figure 2012105265298100002DEST_PATH_IMAGE001
， 
Figure 139964DEST_PATH_IMAGE002
为角盒底部剪切工作应力，
Figure 2012105265298100002DEST_PATH_IMAGE003
为角盒底部受到的工作拉伸载荷， 
为角盒底剪切面积；
第二步，按照角盒底部断裂面分别估算槽型角盒和角型角盒底部的剪切面积，代入第一步中公式，得到角盒底部剪切工作应力；
第三步，角盒底剪切许用应力计算公式为
Figure 2012105265298100002DEST_PATH_IMAGE005
，根据本公式计算出角盒底部剪切许用应力
Figure 928721DEST_PATH_IMAGE006
，并与第一步中角盒底部剪切工作应力作比较，判定角盒底部是否满足强度设计要求，若
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，则满足强度设计要求，若
Figure 962536DEST_PATH_IMAGE008
，则不满足要求，
Figure 674140DEST_PATH_IMAGE006
为角盒底剪切许用应力，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为角盒底部剪切系数，
Figure 477011DEST_PATH_IMAGE010
为角盒材料的抗拉强度极限。
所述槽型角盒底部的剪切面积估算公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，
d为角盒底部受拉伸载荷处与角盒底部接触的螺栓头或垫圈的外径，
h为受拉伸处的角盒底部厚度。
所述角型角盒底部的剪切面积估算公式为
Figure 553552DEST_PATH_IMAGE012
，
d为角盒底部受拉伸载荷处与角盒底部接触的螺栓头或垫圈的外径，
h为受拉伸处的角盒底部厚度。
本发明的有益效果在于：
本发明是一种受拉角盒底部强度的估算方法，其优点是，仅需角盒底厚度、螺栓头(或垫圈)外径和工作拉伸载荷三个输入参数即可计算受拉角盒底的强度，具有操作性强、效率高的特点；另外，本发明已通过试验得以验证，并且广泛应用于强五、JL8和K8飞机的角盒强度设计中，使用中并未发现受拉角盒底部存在强度问题，因此，本发明具有可靠性高的特点。
附图说明
图1为槽型角盒底部受拉情况示意图。
图2为图1中槽型角盒底部受拉剪切面示意图。
图3为角型角盒底部受拉情况示意图。
图4为图3中角型角盒底部受拉剪切面示意图。
图5为受拉角盒底部剪切系数随角盒底部厚度变化的试验原理简图。
图6为受拉角盒底部剪切系数随角盒底部厚度变化的曲线关系图。
图中，1为槽型角盒，2为角型角盒，3为槽型角盒底部，4为角型角盒底部，5为螺栓孔，6为螺栓头或垫圈,7为角盒底部，8为螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
实施例一：参见图1，图2，图5，图6。
如图所示，角盒底采用螺栓连接，
本实施例中，示出了一种受拉角盒底部强度估算方法，以槽型角盒1为例，包括如下步骤：
第一步，确定角盒底部剪切工作应力计算公式为
Figure 136980DEST_PATH_IMAGE001
， 
Figure 386695DEST_PATH_IMAGE002
为角盒底部剪切工作应力，单位：MPa；
Figure 309652DEST_PATH_IMAGE003
为角盒底部受到的工作拉伸载荷，单位：N ；
Figure 619411DEST_PATH_IMAGE004
为角盒底剪切面积，单位：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
 ；
第二步，按照槽型角盒底部断裂面估算槽型角盒底部的剪切面积，代入第一步中公式，得到角盒底部剪切工作应力；
如图1，图2所示，槽型角盒底部3受拉伸后，通常沿b-b线断裂，因此，槽型角盒底部3的剪切面积估算为
Figure 627818DEST_PATH_IMAGE011
，
按照
Figure 681225DEST_PATH_IMAGE014
计算出角盒底部剪切工作应力
Figure 458688DEST_PATH_IMAGE002
，
其中d为角盒底部受拉伸载荷处与角盒底部接触的螺栓头或垫圈的外径，单位：mm；
h为受拉伸处的角盒底部厚度，单位：mm。
第三步，角盒底剪切许用应力计算公式为
Figure 939348DEST_PATH_IMAGE005
，根据本公式计算出角盒底部剪切许用应力
Figure 231789DEST_PATH_IMAGE006
，并与第一步中角盒底部剪切工作应力作比较，判定角盒底部是否满足强度设计要求，若
Figure 29499DEST_PATH_IMAGE007
，则满足强度设计要求，若
Figure 723786DEST_PATH_IMAGE008
，则不满足要。
其中，为角盒底剪切系数，无量纲，如图5所示，选择了不同底厚的角盒进行了拉伸强度试验，通过试验得出拉伸破坏载荷
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，然后反推求出
Figure 296029DEST_PATH_IMAGE009
值，图5中简图表示两个相同的角盒，角盒底部7中间用螺栓8连接后，从角盒两端施力对拉施加拉力P，从而通过试验得出拉伸破坏载荷
Figure 691239DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 177715DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 265756DEST_PATH_IMAGE018
为角盒底剪切面积，
Figure 470473DEST_PATH_IMAGE020
为角盒材料的抗拉强度极限，对某种特定材料其有已知的取值，最后根据角盒底厚度和
Figure 669373DEST_PATH_IMAGE009
值拟合出如图6所示的曲线关系图。
Figure 10356DEST_PATH_IMAGE009
的取值与受拉伸处的角盒底部厚度h相关，其取值规则为：
当，K取0.4；
当
Figure 269299DEST_PATH_IMAGE022
，K=0.1h；
当
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，K=0.6，其中。
实施例二：参见图图3，图4，图5，图6。
本实施例与实施例一基本相同，其相同之处不赘述，不同之处仅在于，本实施例，是以角型角盒2为例，示出了一种受拉角盒底部强度计算方法。
如图3，图4所示，角型角盒底部4受拉伸后，通常沿b-b线断裂，角型角盒底部4的剪切面积估算为
Figure 833748DEST_PATH_IMAGE024
，其他计算方法，与实施例一相同。
本发明是一种受拉角盒底部强度的估算方法，其优点是，仅需角盒底厚度、螺栓头(或垫圈)外径和工作拉伸载荷三个输入参数即可计算受拉角盒底的强度，具有操作性强、效率高的特点；另外，本发明已通过试验得以验证，并且广泛应用于强五、JL8和K8飞机的角盒强度设计中，使用中并未发现受拉角盒底部存在强度问题，因此，本发明具有可靠性高的特点。

Claims (3)

1.一种受拉角盒底部强度的估算方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，确定角盒底部剪切工作应力计算公式为                                               
Figure 2012105265298100001DEST_PATH_IMAGE002
， 
Figure 2012105265298100001DEST_PATH_IMAGE004
为角盒底部剪切工作应力，
Figure 2012105265298100001DEST_PATH_IMAGE006
为角盒底部受到的工作拉伸载荷， 
为角盒底剪切面积；
第二步，按照角盒底部断裂面分别估算槽型角盒和角型角盒底部的剪切面积，代入第一步中公式，得到角盒底部剪切工作应力；
第三步，角盒底剪切许用应力计算公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，根据本公式计算出角盒底部剪切许用应力
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，并与第一步中角盒底部剪切工作应力作比较，判定角盒底部是否满足强度设计要求，若
Figure DEST_PATH_IMAGE014
，则满足强度设计要求，若
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，则不满足要求，
Figure 361021DEST_PATH_IMAGE012
为角盒底剪切许用应力，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为角盒底部剪切系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为角盒材料的抗拉强度极限。
2.根据权利要求1所述的受拉角盒底部强度估算方法，其特征在于：所述槽型角盒底部的剪切面积估算公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，
d为角盒底部受拉伸载荷处与角盒底部接触的螺栓头或垫圈的外径，
h为受拉伸处的角盒底部厚度。
3.根据根据权利要求1所述的受拉角盒底部强度估算方法，其特征在于：所述角型角盒底部的剪切面积估算公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，
d为角盒底部受拉伸载荷处与角盒底部接触的螺栓头或垫圈的外径，
h为受拉伸处的角盒底部厚度。
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