CN113051783A - 一种长桁斜削端应力集中系数确定方法 - Google Patents

一种长桁斜削端应力集中系数确定方法 Download PDF

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CN113051783A CN201911376506.1A CN201911376506A CN113051783A CN 113051783 A CN113051783 A CN 113051783A CN 201911376506 A CN201911376506 A CN 201911376506A CN 113051783 A CN113051783 A CN 113051783A
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朱亮
张彦军
雷晓欣
史志俊
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Abstract

本发明提出了一种长桁斜削端应力集中系数确定的方法，基于有限元正交试验法，确定了应力集中影响因素(斜削角度、因斜削根部底角半径、腹板根部倒角半径)的修正因子，本发明提出的长桁斜削端应力集中系数确定方法简便，可用于快速确定长桁斜削端应力集中系数，解放了人员劳动力。

Description

一种长桁斜削端应力集中系数确定方法
技术领域
本发明属于航空结构设计领域，具体涉及一种长桁斜削端应力集中系数确定方法。
背景技术
机翼壁板长桁是纵向骨架中的重要受力构件之一，在飞行过程中下翼面长桁通常承受较高的拉伸载荷，容易发生疲劳失效，进而导致整架飞机的破坏，带来巨大的损失。长桁端部一般采取斜削设计，由于截面的突变，故而应力集中较大，容易发生裂纹萌生和破坏，这种结构是机翼结构细节疲劳分析的重点和难点。应力集中系数是决定疲劳寿命的关键参数，在飞机设计中必须得到其具体的数值。目前长桁斜削端应力集中系数无理论解且分析较为困难，以往进行应力集中系数确定时都是通过有限元分析给出，造成人力的浪费。本发明提出的长桁斜削端应力集中系数确定方法简便，可用于快速确定长桁斜削端应力集中系数，解放了人员劳动力。
发明内容
本申请的目的在于根据飞机设计需求，给出基于有限元正交试验法的一种长桁斜削端应力集中系数确定方法，以解决长桁斜削端应力集中系数无理论解且分析较为困难的问题。
一种长桁斜削端应力集中系数确定方法，已知该长桁斜削端的设计参数，包括长桁斜削角A、长桁斜削底角半径B、长桁倒角半径C和长桁高度H，其特征在于包含以下步骤：1)根据长桁斜削角A，按照公式
Figure BDA0002341115680000011
计算得到形状参数α；2)根据长桁斜削底角半径B和长桁高度H，按照公式β＝B/H计算得到形状参数β；3)根据长桁倒角半径C和长桁高度H，按照公式
Figure BDA0002341115680000012
计算得到形状参数
Figure BDA0002341115680000013
4)将上述的形状参数α值、形状参数β值和形状参数
Figure BDA0002341115680000014
值，代入到多参数应力集中系数Kt的工程经验公式：
Figure BDA0002341115680000021
中，得到整体壁板长桁斜削结构应力集中系数Kt的值。
本申请的有益效果在于：本发明提出了一种长桁斜削端应力集中系数确定的法。本发明提出的长桁斜削端应力集中系数确定方法基于有限元正交试验法，确定了应力集中影响因素(斜削角度、因斜削根部底角半径、腹板根部倒角半径)的修正因子，本发明提出的长桁斜削端应力集中系数确定方法简便，可用于快速确定长桁斜削端应力集中系数，解放了人员劳动力。
以下结合实施例附图对本申请做进一步详细描述。
附图说明
图1是典型机翼壁板长桁斜削端结构示意图。
图2是应力集中系数Kt和整体壁板长桁斜削端形状参数α、β和
Figure BDA0002341115680000027
关系曲面示意图。
如图1所示，机翼壁板含有蒙皮1和长桁2。
本申请给出的长桁斜削端应力集中系数确定方法，已知该长桁2斜削端的设计参数，包括长桁斜削角A、长桁斜削底角半径B、长桁倒角半径C和长桁高度H，其特征在于包含以下步骤：1)根据长桁斜削角A，长桁斜削端斜削角A的单位为弧度，按照公式
Figure BDA0002341115680000022
计算得到形状参数α；2)根据长桁斜削底角半径B和长桁高度H，长桁斜削端底角半径B和长桁高度H单位要保持一致，按照公式β＝B/H计算得到形状参数β；3)根据长桁倒角半径C和长桁高度H，长桁斜削端倒角半径C和长桁高度H单位要保持一致，按照公式
Figure BDA0002341115680000023
计算得到形状参数
Figure BDA0002341115680000024
4)将上述的形状参数α值、形状参数β值和形状参数
Figure BDA0002341115680000025
值，代入到多参数应力集中系数Kt的工程经验公式：
Figure BDA0002341115680000026
中，得到整体壁板长桁斜削结构应力集中系数Kt的值。
实施例一
选用飞机整体壁板的一个长桁斜削端，其斜削角
Figure BDA0002341115680000031
底角半径B＝5mm，倒角半径C＝2mm，长桁高度H＝40mm；
步骤一、计算形状参数α
根据整体壁板长桁斜削端基本结构参数斜削角A，按照公式
Figure BDA0002341115680000032
计算得到形状参数
Figure BDA0002341115680000033
步骤二、计算形状参数β
根据整体壁板长桁斜削端基本结构参数斜削底角半径B，按照公式β＝B/H计算得到形状参数β＝0.125；
步骤三、计算形状参数
Figure BDA0002341115680000034
根据整体壁板长桁斜削端基本结构参数倒角半径C，按照公式
Figure BDA0002341115680000035
计算得到形状参数
Figure BDA0002341115680000036
步骤四、计算应力集中系数Kt
将步骤一得到的形状参数
Figure BDA0002341115680000037
步骤二得到的形状参数β＝0.125和步骤三得到的形状参数
Figure BDA0002341115680000038
代入到多参数应力集中系数Kt公式中：
Figure BDA0002341115680000039
中，得到整体壁板长桁斜削结构应力集中系数Kt的值为1.58，现有技术有限元计算所得的应力集中为1.59，极为接近。
实施例二
选用飞机整体壁板的另一个长桁斜削端，其斜削角
Figure BDA00023411156800000310
底角半径为B＝8mm，倒角半径为C＝2mm，长桁高度H＝45mm。
步骤一、计算形状参数α
根据整体壁板长桁斜削端基本结构参数斜削角A，按照公式
Figure BDA00023411156800000311
计算得到的形状参数
Figure BDA00023411156800000312
步骤二、计算形状参数β
根据整体壁板长桁斜削端基本结构参数斜削底角半径B，按照公式β＝B/H计算得到的形状参数
Figure BDA0002341115680000041
步骤三、计算形状参数
Figure BDA0002341115680000042
根据整体壁板长桁斜削端基本结构参数倒角半径C，按照公式
Figure BDA0002341115680000043
计算得到的形状参数为
Figure BDA0002341115680000044
步骤四、计算应力集中系数Kt
将步骤一得到的形状参数
Figure BDA0002341115680000045
步骤二得到的形状参数
Figure BDA0002341115680000046
和步骤三得到的形状参数
Figure BDA0002341115680000047
代入到多参数应力集中系数Kt公式中：
Figure BDA0002341115680000048
中，得到整体壁板长桁斜削结构应力集中系数Kt的值为1.84，现有技术有限元计算所得的应力集中为1.85，极为接近。

Claims (4)

1.一种长桁斜削端应力集中系数确定方法，已知该长桁斜削端的设计参数，包括长桁斜削角A、长桁斜削底角半径B、长桁倒角半径C和长桁高度H，其特征在于包含以下步骤：1)根据长桁斜削角A，按照公式
Figure FDA0002341115670000011
计算得到形状参数α；2)根据长桁斜削底角半径B和长桁高度H，按照公式β＝B/H计算得到形状参数β；3)根据长桁倒角半径C和长桁高度H，按照公式
Figure FDA0002341115670000012
计算得到形状参数
Figure FDA0002341115670000013
4)将上述的形状参数α值、形状参数β值和形状参数
Figure FDA0002341115670000014
值，代入到多参数应力集中系数Kt的工程经验公式：
Figure FDA0002341115670000015
中，得到整体壁板长桁斜削结构应力集中系数Kt的值。
2.如权利要求1所述的长桁斜削端应力集中系数确定方法，其特征在于，所述步骤1)中的长桁斜削端斜削角A的单位为弧度。
3.如权利要求1所述的长桁斜削端应力集中系数确定方法，其特征在于，所述的步骤2)中长桁斜削端底角半径B和长桁高度H单位要保持一致。
4.如权利要求1所述的长桁斜削端应力集中系数确定方法，其特征在于，所述的步骤3)中长桁斜削端倒角半径C和长桁高度H单位要保持一致。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101797670A (zh) * 2010-03-17 2010-08-11 哈尔滨理工大学 可使低匹配丁字接头按母材强度承载的焊缝形状设计方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101797670A (zh) * 2010-03-17 2010-08-11 哈尔滨理工大学 可使低匹配丁字接头按母材强度承载的焊缝形状设计方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
任翔，刘马宝，王晓阳，张彦军: "整体壁板式长桁端部斜削结构疲劳预估与试验", 《机械设计与制造》, pages 61 - 65 *

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