Технология сборки авиационных конструкций

Размещено на http://allbest.ru

Технология сборки авиационных конструкций

План

Учет силового потока при включении элементов конструкции в работу

Учет концентрации напряжений при изменении площади сечения

Литература

Учет силового потока при включении элементов конструкции в работу

Большинство элементов конструкции не сразу всем сечением включается в работу, это надо учитывать и с целью экономии массы удалять лишний неработающий материал. Рассмотрим это на примерах.

Пример 1. Стрингер, подкрепляющий обшивку, постепенно через заклепки воспринимает от обшивки силу Р_стр (рис.1) Эта сила определяется как

Р_стр ⁼ _в._стрF_стр,

где F_стр - площадь сечения стрингера.

Рис. 1. Включение стрингера в работу

Одна заклепка, работающая на срез, может передать силу Р_з. Для передачи полной силы на стрингер потребуется п заклепок, где n =Р_стр/Р_з Начиная с сечения, где расположена n-я заклепка, стрингер полностью включится в работу. До этого сечения он недогружен, и лишний материал может быть удален (заштрихованная площадь на рис. 1). В связи с тем, что число стрингеров на самолете велико, экономия массы может быть значительной.

Пример 2. В стыковом узле крыла (рис.2) пояс лонжерона можно постепенно сводить на нет по мере передачи им нагрузки на стыковой башмак узла.

Рис..2. Включение стыкового башмака в работу

Сечение же стыкового башмака должно при этом постепенно увеличиваться по мере нарастания действующей на него нагрузки.

Пример 3. В конструкции самолетов для передачи нагрузки широко применяются разного рода косынки и накладки. Рассмотрим передачу нагрузки накладкой II на элемент конструкции I (рис.3).

Рис. 3. Нагрузка на элемент кронштейна

Сила Р передается элементом II на элемент I л заклепками, работающими на срез. Каждая заклепка передает силу Р_з = P/n. От действия силы в сечениях элемента II возникают напряжения

F=P_Д/F_i ,

где Р_д -действующая в данном сечении сила;

F_i - площадь сечения.

Как видно, нагрузка, действующая в элементе II, будет уменьшаться от сечения С-С к сечению А - А, так как сила Р через заклепки постепенно передается на элемент I.

Опасным сечением будет А-А, так как в нем действует полная сила Р, а сечение ослаблено отверстиями под заклепки.

Потребная площадь сечения будет

F_а-а ⁼ Р/_В ⁼(b - nd_з).

где b - потребная ширина элемента; n - число заклепок в сечении; - толщина элемента, определенная из условия смятия под заклепкой; d_з - диаметр заклепки. Все остальные сечения будут нагружены меньше, и в них можно убрать лишний материал.

Учет концентрации напряжений при изменении площади сечения

При изменении нагрузки недопустимо резко менять несущую площадь сечения, так как это может вызывать концентрацию напряжений, значительно снижающую сопротивление усталости конструкции. Рассмотрим это на примерах.

Пример 1. Рассмотрим соединение двух деталей (рис. 4). При резком переходе от площади сечения F₂ к площади сечения F₁ напряжение ₂=Р/F₂ меняется на ₁=Р/F₁.

В результате в угловых точках a и b возникает концентрация напряжений, так как распределенные силы не успевают выровняться.

В итоге после нескольких нагружений возможно появление трещин и разрушение конструкции от усталостных повреждений.

Во избежание появления концентрации напряжений переход от сечения F₁ к F₂ надо выполнять плавно по радиусу (см.рис.4, б), тогда напряжения будут изменяться постепенно и концентрация не возникает.

Рис. 4. Концентрация напряжений, возникающая при изменении площади сечения

фюзеляж заклепка самолёт напряжение

Особенно опасно концентрация напряжений для высокопрочных материалов, таких, как стали 30ХГСА, 30ХГСНА, алюминиевый сплав В95 и др., склонных к появлению трещин.

Пример 2. Для усиления люка в фюзеляже вдоль выреза ставится мощный продольный элемент - бимс (рис.5).

При конструировании одного из самолетов конструкторы столкнулись со следующим явлением - в зоне границе бимса (точка С) появились трещины.

Рис. 5. Концентрация напряжений в зоне бимса.

Это место усилили, трещины стали появляться еще активнее. Когда бимс продлили дальше до следующего шпангоута и постепенно перевели в стрингер, трещины исчезли.

Анализ этого явления позволил прийти к заключению, что трещины были результатом концентрации напряжений в зоне резкого перепада жесткостей.

Учет ослабления конструкции в местах стыка

В местах стыка происходит ослабления несущего сечения отверстиями под заклепки или болты. Это надо учитывать и проводить соответствующее усиление сечения.

Кроме того, надо располагать стыки так, чтобы в сечении было по возможности меньше ослаблений, желательно в менее нагруженных сечениях.

Так, например, в месте стыка обшивок выполняют утолщение (рис.6). Это достигается обычно путем химического фрезирования (травления).

Рис. 6. Усиление обшивки в зоне стыка

Обшивку также утолщают в зоне крепления нервюр. При стыке поясов и стенки двухпоясной балки типа лонжерона крыла желательно все три стыка выполнять в разных сечениях.

Стыки панелей фюзеляжа размещают в зоне наименьших касательных напряжений, как показано на рис.7 (точки 1,2,3,4).

Рис. 7. Места стыка панелей фюзеляжа

Учет вырезов и усиление конструкции

Наличие выреза вызывает в конструкции резкое изменение потока распределенных сил, которые ведут себя аналогично потоку жидкости, обтекающему препятствия (рис.8).

Поток сил еще до отверстия начинает искривляться, перед отверстием и за ним появляются как бы зоны разрежения (без нагрузки), а наибольшего значения элементарные распределенные силы достигают около краев отверстия (точка а и с).

Рис. 8. Концентрация напряжений у выреза.

В результате эпюра напряжений в сечении I-I получается неравномерной, с наибольшими напряжениями на краях отверстия, равными

_max 3_ср,

где _ср =P/F.

Возникающая концентрация напряжений резко снижает сопротивление усталости конструкции, а следовательно, и ее ресурс: особенно опасна концентрация напряжений для конструкций из высокопрочных материалов, а также для конструкций, подверженных динамическим и знакопеременным нагрузкам.

Рассмотрим несколько вариантов усиления конструкции в зоне отверстия.

1. Для уменьшения ослабления сечения вырезами отверстия стараются делать в шахматном порядке для того, чтобы снизить число отверстий в одном сечении (рис. 9).

Рис. 9. Постановка заклепок в шахматном порядке

2. Для снижения концентрации напряжений и предотвращения появления трещин отверстия под лючки в обшивке обязательно окантовывают.

Кроме того, под обшивку в местах вырезов часто приклепывают усиливающие накладки (рис. 10), которые способствуют восприятию и перераспределению действующих в местах выреза сил. Сечение накладок пока не поддается точному расчету.

В практике конструкторских бюро при выборе окантовок отверстий разной формы основываются на данных эксперимента.

Рис.10. Усиление конструкции в зоне выреза

3. В механически обрабатываемых литых и штампованных деталях места вырезов усиливают местными утолщениями (рис. 11).

Рис. 11. Усиление проушины в зоне отверстия

4. Вырезы отверстий облегчения в стенках нервюр и шпангоутов выполняют с отбортовками, которые повышают устойчивость и играют роль окантовок.

Контрольные вопросы

Приведите примеры избавления от лишнего материала в конструкции самолета.

К чему приводит наличие выреза в конструкции?

Покажите эпюру напряжений у выреза.

Приведите примеры усиления конструкции в зоне выреза.

Покажите варианты усиления проушины в зоне отверстия.

Ключевые слова и выражения: Силовой поток, неработающий материал, вырезы, усиление вырезов, опасное сечение, концентратор напряжений.

Литература

Войт Е.С., Ендогур А.И., Мелик-Саркисян З.А., Алявдин И.М. Проектирование конструкций самолетов. М.: Машиностроение, 1987. Стр. 25-29.

Размещено на Allbest.ru