CN109520860A - 一种翼梁对接试验件设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于飞机结构强度试验领域，具体涉及一种翼梁对接试验件设计方法。将试验件设计为为夹持段、考核段、加载段三段；三段剖面均设计为“工”字形；由于实际梁腹板对接结构两侧不完全对称，在试验中仍存在扭转变形，试验中仍需设置防扭装置；在试验件夹持段位置，试验件连接参数需要加强设计，保证试验过程中不发生优先破坏；考核段为真实翼梁对接结构，梁缘条和梁腹板对接形式和对接参数与真实飞机机翼翼梁对接结构一致；试验件加载段将梁腹板、梁缘条和上下壁板蒙皮适当延长以便连接加载夹具；加载段设计两个加载点，通过调整两个加载点的载荷来保证梁对接处的弯矩和剪力与结构真实受力一致，实现梁缘条对接和梁腹板对接的双重考核。

Description

一种翼梁对接试验件设计方法
技术领域
本发明属于飞机结构强度试验领域，具体涉及一种翼梁对接试验件设计方法。
背景技术
在复合材料结构设计中，结构的整体性始终是减轻结构重量，提高结构效率的主要手段之一。但由于设计和工艺等方面的需要或限制，在一些特定位置需要设计和工艺分离面等，由此产生的零件需要通过紧固件连接形成部段，所以机械连接设计成为复合材料结构设计的关键问题之一。
复合材料梁的对接结构设计是飞机设计的重要环节之一，不同的对接方式其传力方式不同，对飞机的使用寿命、装配工艺都会产生重大影响。复合材料梁对接处由于弯剪耦合效应以及复材破坏机理复杂，很难准确预测其结构承载能力，目前对梁结构的准确受力试验验证多采用盒段试验件，耗资巨大。
发明内容
发明目的：本发明通过设计一种复合材料梁对接试验件实现梁缘条对接和梁腹板对接的双重考核。该试验件整个截面设计为“工”形，以尽量消除试验加载偏心引起的扭矩，大大降低了试验难度和试验成本；试验加载段设计有两个加载点，通过调整两个加载点的载荷来保证梁缘条和梁腹板对接处的弯矩和剪力与结构真实受力一致。
技术方案：一种翼梁对接试验设计方法，包括以下步骤：
第一步；将试验件设计为三个部分，分别为夹持段、考核段、加载段；三段剖面均设计为“工”字形；由于实际梁腹板对接结构两侧不完全对称，在试验中仍存在扭转变形，试验中仍需设置防扭装置；
第二步；在试验件夹持段位置，试验件连接参数需要加强设计，保证试验过程中不发生优先破坏；
第三步，考核段为真实翼梁对接结构，梁缘条和梁腹板对接形式和对接参数与真实飞机机翼翼梁对接结构一致；
第四步；试验件加载段将梁腹板、梁缘条和上下壁板蒙皮适当延长以便连接加载夹具；加载段设计两个加载点，通过调整两个加载点的载荷来保证梁对接处的弯矩和剪力与结构真实受力一致，实现梁缘条对接和梁腹板对接的双重考核。
进一步的，防扭装置为双夹板结构或其他防止扭转变形的结构。
进一步的，两个加载点的位置确定方法是根据实际梁对接处所受的弯矩和剪力确定的。公式：
F为考核截面的剪力，M为考核截面的弯矩。
进一步的，试验件含上下复材壁板蒙皮，上下蒙皮与上下梁缘条连接一侧采用真实厚度，将蒙皮向另一侧延伸并加厚，以设计整个试验件剖面为“工”字形。
有益技术效果：本发明通过设计一种复合材料梁对接试验件实现梁缘条对接和梁腹板对接的双重考核。该试验件整个截面设计为“工”形，以尽量消除试验加载偏心引起的扭矩，大大降低了试验难度和试验成本；试验加载段设计有两个加载点，通过调整两个加载点的载荷来保证梁缘条和梁腹板对接处的弯矩和剪力与结构真实受力一致。
附图说明
图1复材梁对接试验件示意图，
图2复材梁对接试验实施示意图，
图3考核区受力示意图。
编号说明：1、上支持角盒；2、下支持角盒；3、前后支持角盒；4、对接区考核段；5、1#加载点；6、加载角盒；7、2#加载点；8、A剖面；9、2#加载配重；10、2#扣重装置；11、2#作动筒；12、试验固定夹具；13、2#力传感器；14、立柱；15、试验件；16、防扭装置；17、1#力传感器；18、1#作动筒；19、1#扣重装置；20、1#加载配重。
具体实施方式
一种翼梁对接试验设计方法，包括以下步骤：
第一步；将试验件设计为三个部分，分别为夹持段、考核段、加载段；三段剖面均设计为“工”字形；由于实际梁腹板对接结构两侧不完全对称，在试验中仍存在扭转变形，试验中仍需设置防扭装置；
第二步；在试验件夹持段位置，试验件连接参数需要加强设计，保证试验过程中不发生优先破坏；
第三步，考核段为真实翼梁对接结构，梁缘条和梁腹板对接形式和对接参数与真实飞机机翼翼梁对接结构一致；
第四步；试验件加载段将梁腹板、梁缘条和上下壁板蒙皮适当延长以便连接加载夹具；加载段设计两个加载点，通过调整两个加载点的载荷来保证梁对接处的弯矩和剪力与结构真实受力一致，实现梁缘条对接和梁腹板对接的双重考核。
本方法已在实际复材梁对接试验中的应用，有效的解决了实际工程难题。
试验支持和加载均由一试验台架实现。试验台架由以下几部分组成：
a)试验夹具：用于支持试验件和进行试验加载；
b)试验加载点：对试验件指定点施加力载荷；
c)防扭装置：用于消除偏心梁产生的扭矩；
d)扣重装置：用于扣除加载点自重。
试验件垂直安装在试验台架的试验固定夹具上，试验夹具与试验件支持段的上角盒、下角盒、前角盒和后角盒通过高强度螺栓连接。
试验载荷通过1#加载点和2#加载点施加，为确保加载力线尽可能通过试验件刚心，减少偏心产生的扭矩，将加载点设计成可沿侧向移动。
试验中产生的偏心扭矩无法通过调整加载点位置来完全消除，通过防扭装置可阻止试验件扭转，确保传载正确。防扭装置固定在立柱上，采用4根顶杆顶住加载接头加载板的外表面防止试验件扭转。顶杆前端安装了滚轮，和加载板外表面接触，不限制试验件加载方向的变形。
F1+F2＝F
F1×a+F2×(a+b)＝M
F为考核截面的剪力，M为考核截面的弯矩。

Claims (4)

1.一种翼梁对接试验设计方法，包括以下步骤：
第一步，将试验件设计为三段，分别为夹持段、考核段、加载段；三段剖面均设计为工字形；由于实际梁腹板对接结构两侧不完全对称，在试验中仍存在扭转变形，试验中仍需设置防扭装置；
第二步，在试验件夹持段位置，试验件连接参数需要加强设计，保证试验过程中不发生优先破坏；
第三步，考核段为真实翼梁对接结构，梁缘条和梁腹板对接形式和对接参数与真实飞机机翼翼梁对接结构一致；
第四步，试验件加载段将梁腹板、梁缘条和上下壁板蒙皮适当延长以便连接加载夹具；加载段设计两个加载点，通过调整两个加载点的载荷来保证梁对接处的弯矩和剪力与结构真实受力一致，实现梁缘条对接和梁腹板对接的双重考核。
2.根据权利要求1所述的一种翼梁对接试验设计方法，其特征在于：防扭装置为双夹板结构或其他防止扭转变形的结构。
3.根据权利要求1所述的一种翼梁对接试验设计方法，其特征在于：两个加载点的位置确定方法是根据实际梁对接处所受的弯矩和剪力确定的；
公式：
其中，F为考核截面的剪力，M为考核截面的弯矩。
4.根据权利要求1所述的一种翼梁对接试验设计方法，其特征在于：试验件含上下复材壁板蒙皮，上下蒙皮与上下梁缘条连接一侧采用真实厚度，将蒙皮向另一侧延伸并加厚，以设计整个试验件剖面为工字形。
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