6.7 半硬壳式结构的传力分析


和梁式结构集中传力相比,半硬壳式结构是分布式传力。分布式传力的优点是结构可以利用结构最大高度传递载荷,结构整体的弯曲刚度大,材料利用率高,结构总体的重量特性好。但是由于是分布式传力,造成蒙皮上局部载荷相对较小,和梁结构相比,蒙皮局部的弯曲刚度相对较小。在传递载荷过程中,由于蒙皮局部弯曲刚度不足,造成的蒙皮局部失稳现象是半硬壳式结构传力分析的重点。

从参与总体受力的情况可将半硬壳式结构分为三类:


● 设计计算时可把蒙皮承载能力折合成有效宽度加到长桁面积中去,该有效宽度内的蒙皮的正应力等于长桁的临界应力 


铆接组合式承力蒙皮结构壁板的蒙皮较厚,蒙皮占整个壁板截面积的比例较大。

● 蒙皮和长桁的失稳临界应力接近 

● 设计时实际上不能只依靠理论来解决,经常使用试验数据和经验设计图表。

破坏形式

(1) 两个长桁之间的蒙皮失稳,同时也引起长桁变形,使结构扭曲并产生严重的局部变形(图 (a))。

(2)  个别长桁在两翼肋之间出现局部失稳。

(3) 个别长桁在两翼肋之间出现总体失稳。但对带Z形剖面长桁的壁板,一般来说长桁不会产生单纯的弯曲不稳定,而可能带有一定程度的扭转屈曲 (b)。

(4) 长桁和蒙皮一起出现总体失稳,也叫宽柱失稳 (c)。

(5) 两铆钉间的长桁或蒙皮失稳((d)、(e))。


● 蒙皮和加强筋(长桁、肋缘条等)合为一体,由同样的材料整体加工而成。 

● 挤压成型或机械加工的整体构件,此外也可用化学铣切、精密铸造等方法制作的整体壁板 。

优点

(1) 在结构上便于按等强度分布材料;

(2) 结构的总体和局部刚度好;

(3) 由于减少了连接铆钉的数量,且蒙皮不易失稳,因此机翼表面更加光滑;

(4) 大大减少了连接件数量,因此可减少装配工作量,同时也减少了应力集中和钉孔对壁板截面积的削弱,还减轻了连接件本身的重量;

(5) 便于密封,减少了密封材料的用量,为整体油箱设计提供了很有利的条件。

缺点

(1) 在装配时,可能会产生残余应力

(2) 易引起应力腐蚀

(3) 对裂纹扩展比较敏感。

整体壁板形式和尺寸的设计没有十分完备的方法,一般先通过半经验方法进行设计,有条件的话进行优化设计分析,然后再用数值方法进行校核。 

整体壁板通常要求按照损伤容限设计思想进行设计,这就要求在设计过程中合理选材、适当控制应力水平、合理分块和精心的细节设计。 


    什么是半硬壳式结构,它和一般的薄板结构有什么不同?

2    增加半硬壳式结构弯曲刚度的方法有哪些?

3    半硬壳式结构主要失效形式是什么?

4    如何有效地提高半硬壳式结构的屈曲失稳应力?(不增加结构重量)

   简单介绍一下半硬壳式结构的工艺方法,并比较各自的优缺点。