飞机结构强度设计研究

《飞机结构强度设计研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、飞机结构强度设计研究摘要：飞机结构是一个复杂的系统工程，如何将机械产品在使用周期内安全服役，满足设计使用要求，一定时间范围内发挥其功能，引入强度设计技术显得更为重要。本文研究了强度设计技术在飞机结构件产品设计中的应用。关键词：飞机结构，强度，设计0前言飞机结构强度是指在规定的力学环境下飞机结构不会发生破坏和保持安全工作的能力。在飞机设计过程中，为了提高飞机的整体机构强度,设计人员需耍针对不同的载荷环境以及不同的结构动态响应分类解决结构强度问题。目前，飞机结构强度研究领域主要包括静强度、动强度与气动弹性不稳定性、疲劳/断裂和损伤容限等。就我国现有情况，强度设计技术在使用深度和应用效果方面远达

2、到应有的程度。强度优化设计技术是一种具有可以人为控制、无破坏性、允许多次重复修改、不受外界条件限制等优点的综合性试验技术,能够较犬提升产品研发效率和质量，节约科研经费,节约试验费用，同时缩短产品研制周期。本文就飞机结构强度涉及的强度问题分别做详细探讨。1静强度在飞机设计领域，静强度是指飞机结构在一定条件下承受最犬静载荷的而不发生破坏且能安全使用的能力。其屮，最大静载荷是指飞机在允许的地面和飞行使用中能产生的最大和最严酷的叠加载荷:极限载荷是指限制载荷乘以不确定系数，以极限载荷作为设计依据，在使用过程中即使结构发生破坏，破坏风险也可降低到可接受的水平;破坏载荷是指在给定的载荷工况下，飞机结构

3、发生总体破坏时的载荷。1.1静强度分析静强度分析主要包括应力分析、应变分析、变形分析及静力稳定性分析，并进而对强度、刚度和稳定性要求进行校核。一般认为载荷是以极其缓慢的速率作用到受力体上,JL不考虑载荷的往复循环作用，不考虑材料的动态性能，结构没有动态响应，对结构的惯性力同样进行静载荷处。1.2静力稳定性静力稳定性是指结构在小于临界静载荷的载荷作用下处于平衡状态，当受到微小载荷扰动时，在扰动载荷消失后仍可恢复原有的变形而不继续扩大，保持原有的稳定平衡状态。当结构承受临界静载荷时，如果给予一个小的载荷扰动,会使变形增加很大，使整个结构失去稳定性，结构的承载能力显著下降甚至完全失去承载能力。1

4、.3静力试验静力试验是指在静载荷作用下，检测飞机结构的变形和应变应力分布，以验证设计结构的强度、刚度和稳定性，且可以检测加工制造质量。试验的具体要求是根据结构强度规范或飞机的实际工况载荷，按照静力试验任务书、试验大纲等文件进行加载试验。对于各种设计载荷工况下，分别做限制载荷试验、极限载荷试验、破坏载荷试验。加载速率按照静力试验规范，保证满足静力加载要求。2动强度与气动弹性不稳定性动强度是指结构在动态载荷和动力环境下，承受振动和冲击而不破坏并保持安全工作的能力。飞机飞行过程屮的动载荷和动力环境比较复杂,具有不确定性，主要包括如下方面。2.1振动的动载荷振动的动载荷有两种:突风和晃振。突风，指

5、在2-3km高度以下,法向和侧向的突风在引起结构附加载荷的同时会结构的振动抖振，飞机在急剧机动飞行时,一个部件上自身气流发生分离而产生自身的强迫振动，或由此分离气流引起另一个部件产生强迫振动。晃振,在机动飞行、油箱充压及燃油晃动下，引起脉动压力产生结构振动。此外述有如发动机、螺旋桨本身是机体重要的振动源，机载设备和系统中的电机、泵、液压机等振动源引起的振动。2.2冲击的动载荷主要有两类:第一类，离散源撞击，主要包括如飞鸟撞击、发动机碎片、地面碎石、冰雹、弹片等的撞击。第二类来自武器发射器或货物投放，航空器着陆（或着水、着舰）、滑行和地面机动等冲击载荷，上述动载荷和动力环境通过结构及相关系统

6、固有的动力学特性产生的过大产会导致结构破坏或发生动态疲劳损伤，影响结构的强度;还会导致机载设备、系统发生功能失效或损坏，严重影响飞机的安全。2.3气动弹性不稳定性空气动力与弹性结构（如飞机、航空器）相互作用引起结构的变形或振动，当空气动力能量超过结构变形的能量,使变形不断加或空气动力能量超过结构与空气动力阻尼耗散的能量使振动不断加剧，气动弹性就从稳定到进入不稳定状态。气动弹性可分为静气动弹性、动气动弹性、气动伺服弹性和热气动弹性。2.4疲劳断裂疲劳断裂包括裂纹形成阶段和裂纹扩展阶段,结构本身飞机在重复载荷、载荷环境变化作用下，由微小缺陷扩展形成微裂纹，随着载荷不断作用，最后形成疲劳裂纹其至

7、破坏。随着飞行次数不断增加，裂纹的继续扩展使承载能力逐步下降,直到进入快速裂纹扩展达到临界裂纹时发生断裂破坏,使整个结构丧失承载能力。裂纹形成寿命通常是指将裂纹达到可检尺寸之前的寿命，而裂纹扩展寿命是指裂纹从可检裂纹尺寸开始到断裂的寿命。裂纹出现和扩展的主要原因是结构受到重复载荷造成的，重复载荷源很多，主要有地面发动机开车、牵引滑行、着陆、着舰、弹射起飞、机动飞行和突风、操纵系统工作、座舱增压、抖振和地形跟踪飞行等。重复