CN109543344A - 一种飞机门框区截面垂向弯曲刚度的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空结构强度分析技术领域，具体涉及一种飞机门框区截面垂向弯曲刚度的计算方法。本发明的计算方法首先将飞机机身门框区所处截面模型进行简化；运用材料力学中平行移轴公式逐步推导机身门框区截面弯曲刚度。利用本发明的计算方法可以计算门框区截面垂向弯曲刚度是否满足刚度要求，为后续变形计算提供依据，可以指导飞机门框区的结构设计。

Description

一种飞机门框区截面垂向弯曲刚度的计算方法

技术领域

本发明属于航空结构强度分析技术领域，具体涉及一种计算飞机门框区截面垂向弯曲刚度的计算方法。

背景技术

在民用飞机总体设计及功能要求中，一般需要在机身布置较多的舱门(包括后货舱门、左服务门及右服务门)，因此在机身形成较多开口区域。在飞机机体结构的开口种类中，按照开口尺寸的大小分类，可以分为大开口、中开口和小开口。小开口不影响载荷的传力路线，如梁腹板和肋腹板上的检查孔，蒙皮上小的观察孔等；中开口破坏了载荷的局部传力路线，切断了少量的长桁，但在总体上对传力路线没有大的影响，如民用客机的窗户等；大开口完全破坏了总体载荷的传力路线，一般涉及的区域较大，如民用客机的舱门开口等。机身大开口使结构以及传力发生很大变化：1.结构的刚度发生急剧变化，导致变形不连续；2.破坏了机身结构的连续性以及原有结构的传力路线，载荷的传递发生变化；3.必须增加开口附近结构的强度以承受原开口处壁板所承受的载荷以及载荷的重新分布而引起的附加载荷，必然增大结构的重量。未开口的计算方法采用有限元结合数值计算方法，由于未开口区是一个完整的结构，没有其它结构加强件，因此该方法仅考虑机身蒙皮及长桁。在飞机研制中，为了增加开口区的刚度，在开口区周围布置加强结构，未开口的计算方法无法考虑加强结构的影响。因此，急需有一种计算方法可以在飞机设计初期简易、快速的完成门框区截面垂向弯曲刚度计算，典型的飞机门框结构示意图如图1所示。

发明内容

本发明的目的是：提出一种飞机机身门框区截面垂向弯曲刚度的计算方法，以解决目前方法无法直接得到门框区截面垂向弯曲刚度的技术问题。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一种飞机机身门框区截面垂向弯曲刚度的计算方法，所述的计算方法首先将飞机机身门框区所处截面模型进行简化；后运用材料力学中平行移轴公式逐步推导机身门框区截面弯曲刚度,步骤为：

步骤一、将机身门框区截面长桁面积均匀分布到蒙皮上，得到蒙皮折算厚度δ₀；

步骤二、计算机身门框区截面关于对称轴Y轴的静矩、面积及形心位置；

步骤三、计算机身门框区截面关于对称轴Y轴的惯性矩I_y；

步骤四、计算机身门框区截面相对于形心轴的惯性矩I_yc即截面垂向弯曲刚度。

所述的步骤一中计算蒙皮折算厚度δ₀模型如下：

其中，F_ch为长桁的横截面面积，δ_mp为蒙皮厚度，s_k为横截面周边的长度。

所述的步骤二中具体为：

根据实际测量的舱门开口区上部点与圆心连线与Z轴夹角γ、开口区下部点与圆心连线与Z轴夹角β，代入如下公式：

关于Y轴的静矩S_y为：

面积A为：

形心位置z_c为：

惯性矩I_y为:

其中，R为机身半径，A_jq为开口处加强桁梁的面积，z为蒙皮截面z向坐标值，z_i为加强桁梁截面z向坐标值。

所述的步骤四中求解惯性矩I_yc的计算公式为：

其中，I_y为机身门框区截面关于对称轴Y轴的惯性矩，I_yc为机身门框区截面关于形心轴的惯性矩。

本发明的有益效果是：。

附图说明

图1为飞机门框结构示意图；；

图2为本发明计算方法流程图；

图3为截面结构示意图；

图4为截面简化示意图。

其中1-加强桁梁，2-蒙皮，3-长桁，4-地板平面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

采用本发明的对飞机门框区截面垂向弯曲刚度计算方法流程图如图2所示，具体计算步骤如下：

步骤1：将长桁面积均匀分布到蒙皮上，得到蒙皮折算厚度δ₀，计算模型见图3。

步骤2：模型关于Y轴的静矩S_y为：

面积为：

则形心位置为：

步骤3：开口模型关于Y轴的惯性矩I_y为:

步骤4：根据材料力学中平行移轴公式，该截面相对于形心轴的惯性矩为：

经测量，机身半径R为1430mm，蒙皮厚度δ_mp为1mm，长桁面积F_ch为60mm²，长桁间距s_k为150mm，开口区下部点与圆心连线与Z轴夹角β为57°，开口区上部点与圆心连线与Z轴夹角γ为45°，开口处加强桁梁的面积A_jq为858mm²。最后，经计算可得门框区弯曲刚度即形心轴的惯性矩为6.978×10⁹mm⁴。

Claims (4)

1.一种飞机机身门框区截面垂向弯曲刚度的计算方法，其特征在于：所述的计算方法步骤为：

步骤一、将机身门框区截面长桁面积均匀分布到蒙皮上，得到蒙皮折算厚度δ₀；

步骤二、计算机身门框区截面关于对称轴Y轴的静矩、面积及形心位置；

步骤三、计算机身门框区截面关于对称轴Y轴的惯性矩I_y；

步骤四、计算机身门框区截面相对于形心轴的惯性矩I_yc即截面垂向弯曲刚度。

2.根据权利要求1所述的飞机机身门框区截面垂向弯曲刚度的计算方法，其特征在于：所述的步骤一中计算蒙皮折算厚度δ₀如下：

其中，F_ch为长桁的横截面面积，δ_mp为蒙皮厚度，s_k为横截面周边的长度。

3.根据权利要求1所述的飞机机身门框区截面垂向弯曲刚度的计算方法，其特征在于：所述的步骤二中具体为：

根据实际测量的舱门开口区上部点与圆心连线与坐标轴Z轴夹角γ、开口区下部点与圆心连线与坐标轴Z轴夹角β，代入如下公式：

关于坐标轴Y轴的静矩S_y为：

面积A为：

形心位置z_c为：

惯性矩I_y为:

其中，R为机身半径，A_jq为开口处加强桁梁的面积，z为蒙皮截面z向坐标值，z_i为加强桁梁截面z向坐标值。

4.根据权利要求1所述的飞机机身门框区截面垂向弯曲刚度的计算方法，其特征在于：所述的步骤四中求解惯性矩I_yc的计算公式为：

其中，I_y为机身门框区截面关于对称轴Y轴的惯性矩，I_yc为机身门框区截面关于形心轴的惯性矩。