Задачи работы

КОНСТРУИРОВАНИЕ ЛОНЖЕРОНА

Лабораторная работа №5

Список использованных источников

Исходные данные

Параметр Номер задания
δ, мм 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

 

Варианты: 1 – А - Б

2 – А - В

3 – А - Г

4 – Б - Г

5 – Б - В

Структура номера задания:

Задание № 25 (2 – номер задания (толщина полки); 5 – вариант сечений соединяемых профилей).

 

1. Крепежные нормали: Сб. стандартов. М.: Минавиапром СССР,1970.

2. ОСТ 1.03668-74. Подсечки прессованных профилей. Введ. с 01.01.75.

3. ОСТ 1. 34041-79. Соединения заклепками для автоматической клепки. Радиальный наняг и подбор длин заклепок. Введ. с 01.07.79.

4. ОСТ 1.00017-77. Моменты затяжки болтов, винтов и шпилек. Введ. с 01.01.78.

5. ОСТ 1.39502-77. Стопорение болтов, винтов, шпилек, штифтов и гаек. Введ. с 01.07.78.

6. ГОСТ 13682-80. Минимальные размеры мест под гаечные ключа. Введ. с 01.07.81.

7. Технические требования на чертежах: Метод. указания /Сост. В.Н. Майнсков; Куйбышев. авиац. ин-т. Куйбышев, 1982.

 

1. Изучение методики конструирования сборных балочных конструкций.

2. Приобретение навыков конструирования соединения обшивки с элементами продольного набора.

3. Изучение системы нумерации конструкторской документации в самолетостроении.

 

Особенности конструирования сборных балочных лонжеронов

 

В курсе «Сопротивление материалов» было показано, что тонкостенная балка является рациональной конструкцией при работе на поперечный изгиб в своей плоскости. Основные расчетные формулы для балки (1) неудобны при конструировании:

 

(1)

,

где σ и τ - нормальное и касательное напряжения по высоте балки;

М и Q - изгибающий момент и перерезывающая сила в сечении балки;

I - момент сопротивления сечения изгибу;

S и b - статический момент и ширина балки на расстоянии у от нейтральной оси сечения.

Существенно различное распределение нормальных и касательных усилий между элементами балки (рис. 5.1) позволяет упростить конструирование без заметного снижения точности.

 

При конструировании пояса учитывают следующие обстоятельства:

1. Сечение пояса обычно ослабляется отверстиями под крепеж для соединения его со стенкой балки и обшивкой. В первом приближении это учитывается снижением допускаемых напряжений:

где σв - предел прочности материала пояса или напряжение, допускаемое по условиям эксплуатации, ресурсу и т.п.

Рисунок 5.1

 

2. Из эпюры погонных нормальных сил N в сечении балки (рис. 5.1) видно, что на осевую нагрузку работают, в основном, пояса. Пренебрегая работой стенки на изгиб, получим:

(2)

 

где Pn и Fn - осевая сила в поясе и площадь его поперечного сечения;

Нср - расстояние между центрами тяжести сечений поясов.

 

В первом приближении можно принять:

Нср = 0,9Н - для поясов уголкового сечения;

Нср = 0,95Н - для поясов таврового сечения.

 

3. Пояс крепится к стенке балки и к обшивке. Поэтому возможна лишь местная потеря устойчивости полок сжатого пояса (см. лабораторную работу № 1):

(3)

Из (3) определяются размеры каждой полки пояса.

 

При конструировании стенки имеют в виду следующие особенности:

1. Касательные напряжения по высоте балки достигают заметной величины лишь в стенке, причем значения напряжений слабо изменяются по высоте стенки (см. рис. 5.1). С достаточной точностью

 

откуда:

, (4)

где Нс и δ – соответственно высота и толщина стенки.

2. Стенка может разрушиться от сдвига, если τ ≥ = (0,6 ÷ 0,65) , и потерять устойчивость. Последнее крайне неблагоприятно для силовой работы пояса. Условие работы стенки без потери устойчивости:

 

(5)

где

Е – модуль продольной упругости материала стенки;

а - длина свободного участка стенки.

 

Уменьшая длину а постановкой подкрепляющих стоек (рис. 5.2), добиваются выполнения условия (5). Подбор сечения стойки, элементов ее крепления к стенке и поясам определяются из условия прочности стойки после потери устойчивости стенкой. Этот вопрос будет рассматриваться в курсах «Строительная механика» и «Расчет самолета на прочность». В первом приближении можно пользоваться статистическими соотношениями:

площадь поперечного сечения стойки F

,

В основе конструирования соединения пояс-стенка лежит закон парности касательных напряжений (погонных касательных сил) (рис. 5.3):

Тогда условия прочности для заклепочного (болтового) соединения следующие:

(6)

Или

где t и d - шаг и диаметр заклепок (болтов);

i и n - число рядов и плоскостей среза в соединении;

[τз] - допускаемое напряжение на срез заклепки (болта);

Рразр - разрушающее усилие для заклепочного (болтового) соединения по нормали 3АР (ОСТ 1.31100-80) (см. лабораторную работу № 2).

Из (6) для выбранного диаметра d можно определить шаг

(7)

Или

Рекомендации по выбору диаметра d крепежа изложены в лабораторной работе № 2. Остальные параметры соединения подбираются из известных соотношений (см. лабораторные работы № 2, 3).

 

Конструирование соединения обшивки с элементами продольного набора

 

Конструирование соединения обшивки с поясом лонжерона или стрингером является частным вопросом конструирования подкрепленной панели и опирается на проектировочный расчет панели. Основы проектирования панелей (определение усилий в элементах, поперечных сечений элементов, шага стрингеров) будут излагаться в курсах, упомянутых на с. . Опуская эти вопросы, отметим лишь, что в общем случае панель нагружена потоками нормальных и касательных си (рис. 5.4)

 

 

Рисунок 5.4.

 

Продольные профили в панелях могут выполнять функцию только подкрепляющих элементов (рис. 5.4, сеч. А-А) либо дополнительно служить в качестве стыковых элементов (рис. 5.4, сеч. Б-Б).

Возможны два принципиальных варианта продольного стыка листов: встык (сеч. Б-Б, вариант «а») и внахлест (сеч. Б-Б, вариант «б»).

Силовая роль соединения обшивки с продольным профилем заключается в уравновешивании потоков касательных усилий справа и слева от профиля. Нормальными силами соединение не нагружается. Рассматривается равновесие обшивки в зоне соединения с профилем, можно определить усилие, действующее на крепежный элемент (болт, заклепку).

Варианту без стыка листов обшивки (рис. 5.4, сеч. А-А) соответствует схема уравновешивания, показанная в узле 1 (рис. 5.4).

Условие равновесия

 

Рзi = (Т1 – Т2)t = ∆Tt ,

 

где t – шаг;

i - число рядов крепежных элементов (на рисунке показано однорядное соединение). Усилие на одну заклепку (болт):

( 8)

Соединение листов обшивки на профиле (рис. 5.4, сеч. Б-Б, «а») соответствуют условиям равновесия (рис. 5.5, «а»):

 

Рз1i1 = Т1t1 - для листа слева от профиля;

Рз2i2 = Т2 t2 - для листа справа от профиля.

 

Усилия на одну заклепку (болт) соответственно:

(9)

Соединению листов обшивки внахлест на профиле (рис. 5.4, сеч. Б-Б, «б») соответствует схема уравновешивания, приведенная на рис. 5.5, б. Заметим, что заклепки (болты) в этом варианте конструкции работают на срез по двум плоскостям. Соответствующие усилия определяются из условий равновесия для верхнего и нижнего листов:

(10)

 

Подбор крепежных элементов ведется по максимальному из двух найденных усилий:

Pз = max {P ; P }. (10а)

 

Рисунок 5.5

 

Более выгодным в конструктивном отношении является вариант с меньшим значением . Он реализуется, когда из двух соединяемых листов (рис. 5.4, сеч Б-Б, «б») верхним ставится лист с меньшим потоком касательных сил.

Выражения (8) - (10) позволяют определить диаметр и другие параметры заклепочного (болтового) соединения (см. лабораторные работы № 2, 3). Потоки касательных усилий в обшивке определяются из проектировочного расчета панели.

Полученные выше выражения соответствуют точечному соединению профиля (пояса лонжерона) со стенкой и обшивкой. Для других видов соединений (клеевого, сварного и др.) расчетные формулы получаются из аналогичных рассуждений.