CN104809257B - 一种加强框缘条厚度设计方法 - Google Patents

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刘亚军
张伟宁
胡宗浩
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Abstract

本发明属于飞机设计领域，涉及一种加强框缘条厚度设计方法，其特征在于将缘条厚度设计成线性均匀变化的形式。本发明是基于目前加强框结构设计中有限元分析技术的应用，可以得到加强框缘条各处的应力水平，采用将缘条厚度设计成线性均匀变化的方法。主要解决的技术问题是：1)提供一种减轻结构重量、提高结构效率的加强框缘条厚度设计方法；2)提供一种减小加强框缘条应力集中、提高疲劳性能的设计方法。采用以上方法的有益效果：减轻结构重量，提高结构效率，减小应力集中，提高加强框的疲劳性能。

Description

一种加强框缘条厚度设计方法
技术领域
本发明属于飞机设计领域，涉及一种加强框缘条厚度设计方法。
背景技术
加强框是机身主承力结构中的重要零件，一般用于机身与机翼、机身与尾翼的结合处，主要作用是承受框平面内的集中力和集中力矩，弯矩为其主要内力，其次是剪力。加强框的结构剖面多为工字形(或槽形)腹板加筋结构，常规的设计方法为每两个筋条之间的缘条厚度相同，不同筋条之间的缘条厚度由于载荷不同而变化，这样设计的主要缺点一是由于筋条间的缘条载荷是变化的，按一个厚度尺寸设计必然要选择载荷最大处的设计尺寸，导致零件增重；二是在筋条处由于两端缘条厚度变化产生刚度突变，易产生应力集中，降低了加强框的疲劳性能。
以上缺点在目前已有的型号设计中广泛存在，不利于减轻结构重量和提高加强框的疲劳性能，影响结构效率。
发明内容
本发明的目的是：基于目前加强框结构设计中有限元分析技术的应用，可以得到加强框缘条各处的应力水平，提供一种将缘条厚度设计成线性均匀变化的方法，可以减轻结构重量，提高加强框疲劳性能。
本发明的技术方案是：一种加强框缘条厚度设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一，根据强度分析结果，确定每个筋条处缘条的厚度尺寸；
第二，以筋条与缘条相接处为控制点，将每相邻两个控制点之间的缘条设计成厚度线性均匀变化的形式；
第三，逐一校核相邻两个控制点之间缘条的强度；
第四，若满足强度要求，则设计完成；若不满足强度要求，则在两个控制点之间不满足强度要求处新增1个控制点，根据第三步强度重新计算结果确定新增控制点处缘条的厚度尺寸；
第五，将新增控制点与其前后相邻的两个控制点之间的缘条厚度设计成线性均匀变化的形式。
本发明的优点是：
1)可以减轻结构重量，提高结构效率；
2)可以减小刚度突变和应力集中，提高加强框的疲劳性能。
附图说明
附图1是不需新增控制点的加强框缘条厚度均匀变化示意图
附图2是需要新增控制点的加强框缘条厚度均匀变化示意图
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
附图1和附图2为典型加强框局部结构，包括框缘条1、筋条2和框腹板3。设计步骤如下：
一、根据加强框缘条与蒙皮连接处的连接紧固件直径、边距和排距确定加强框的缘条宽度，在本例中，加强框缘条宽度协调设计后确定为60mm，根据载荷形式及设计经验布置好框筋条的位置，以筋条与缘条相接处为控制点(图1中控制点A、控制点B和控制点C)，建立框结构分析有限元模型，有限元中节点位置与控制点位置一一对应(在有限元中给出的是每个节点处的缘条截面积)，对有限元模型中各个节点位置根据经验赋初值(面积)，进行框的强度分析。
二、本例中，框的材料为TA15钛合金，其强度极限σb≥930MPa，按照满应力设计的要求，不断调整有限元模型中各个节点位置的面积初值，使有限元模型中各节点的应力水平达到930MPa；提取各节点处达到满应力设计的面积值，本例中控制点A处面积为165mm2，计算得出控制点A处的缘条厚度应为2.75mm，圆整后取值3mm；控制点B处面积为280mm2，计算得出控制点B处的缘条厚度应为4.32mm，圆整后取值4.5mm；控制点C处面积为410mm2，计算得出控制点C处的缘条厚度应为6.83mm，圆整后取值7mm；由此确定每个筋条处的框缘条厚度。
三、将每2个相邻控制点之间的框缘条厚度设计成线性均匀变化的形式。本例中控制点A和控制点B之间沿缘条曲线距离为140mm，则控制点A处缘条厚度3mm，控制点A和控制点B之间距控制点A14mm(总距离的十分之一)处缘条厚度应为3(控制点A处厚度)+[4.5(控制点B处厚度)-3(控制点A处厚度)]／10=3.15mm；以此类推，距离每增加14mm，缘条厚度增加0.15mm，并保证缘条内形光顺；控制点B和控制点C之间的缘条厚度按同样的规则设计。
四、设计完成后，建立详细的有限元模型，校核每两个控制点间缘条厚度均匀变化处的强度，如满足要求(应力水平小于930MPa)，设计结束，如附图1所示。
五、当详细有限元模型分析出某两个控制点之间的缘条厚度不满足强度要求时，例如附图2中控制点B和控制点C之间距控制点C的曲线距离L=60mm(总距离曲线长度为150mm)处缘条厚度不满足强度要求，按照第三步的设计方法，该处缘条厚度原设计尺寸为6.17mm，现在应力水平为1010MPa(应力水平大于930MPa)，不满足强度要求，则按如下步骤设计：
a)修改详细有限元模型，在控制点B和控制点C之间距控制点C的曲线距离L=60mm处新增控制点D(见附图2)，修改控制点D处尺寸，使之应力水平为930MPa，此时得到控制点D处的缘条厚度为6.4mm，取整设计为6.5mm；
b)将缘条厚度按照第三步设计方法设计成在控制点B和控制点D之间线性均匀变化；在控制点D和控制点C之间线性均匀变化，设计完成。

Claims (1)

1.一种加强框缘条厚度设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一，根据强度分析结果，确定每个筋条处缘条的厚度尺寸；
第二，以筋条与缘条相接处为控制点，将每相邻两个控制点之间的缘条设计成厚度线性均匀变化的形式；
第三，逐一校核相邻两个控制点之间缘条的强度；
第四，若满足强度要求，则设计完成；若不满足强度要求，则在两个控制点之间不满足强度要求处新增1个控制点，根据第三步强度重新计算结果确定新增控制点处缘条的厚度尺寸；
第五，将新增控制点与其前后相邻的两个控制点之间的缘条厚度设计成线性均匀变化的形式。
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