飞机的静强度设计ppt课件.ppt

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1、王晓军航空科学与工程学院固体力学研究所飞机的静强度设计1前言静强度属于结构的静力学设计问题，即主要关心工程上结构元件材料本身的最大承载能力(或称抗力、强度)。主要考虑结构元件上局部点的工作应力是否有大于其强度极限的危险，问题的分析相对简单。静强度设计方法及准则是飞机结构设计中最基本的设计原则，也是最早发展成熟的设计规范之一。它是飞机结构设计活动中首先考虑的基本要求，即结构必须能够承受飞机使用过程中所遇到的各种载荷，而不破坏，也不至于产生影响到飞机功能的永久变形。2设计准则对飞机结构的静强度问题，实际是指飞机结构在使用当中承受各种载荷工况下最大使用载荷的能力。不同的载荷工况将导致结构元件的

2、受力状态不同，因此，必须全面考察飞机飞行中所遇到的各种载荷状态(工况)，而同一载荷工况下，静强度仅考虑最大载荷值即可。通常飞机结构静强度设计采用设计载荷法，即取安全系数，乘上使用载荷即为设计载荷。一般安全系数取1.5，有时视情况还需乘上附加安全系数。静强度设计准则为结构的极限载荷(或极限应力)大于、等于结构的设计载荷(或设计应力)，其表达式为：3静强度设计步骤静强度设计工作步骤为:获取结构上作用的载荷数据；进行细致的结构内力分析计算；做出强度判断。作用于飞机结构上的载荷主要有气动力载荷、质量力以及连接节点上的集中力。这些载荷主要由气动和强度组专业技术人员提供。在早先的结构内力分析计算上，

3、由于缺少大型的计算机硬件系统和分析软件，强度计算仅针对结构的局部部件甚至分成构件，采用材料力学或结构力学的模型简化方法，逐个进行分析计算。由于现代计算机技术的蓬勃发展，特别是结合现代计算技术研究发展起来的结构数值分析理论和软件系统，为大规模结构计算提供了强有力的工具，不仅结构元件的细节可细致模型化，而且像一个整体机翼、机身甚至全机那样多的结构元件也可纳入到一个大规模的结构模型中进行分析。这样，可大大提高分析精度，特别对元件或构件间的连接关系予以了充分考虑，使得一些关键部位的分析更加准确。4材料的试验及其屈服4.1材料拉伸的力学性能力学性能———指材料受力时在强度和变形方面表现出来的性能。

4、塑性变形又称永久变形或残余变形塑性材料：断裂前产生较大塑性变形的材料,如低碳钢脆性材料：断裂前塑性变形很小的材料，如铸铁、石料材料的机械性质通过试验测定，通常为常温静载试验。试验方法应按照国家标准进行。国家标准规定《金属拉伸试验方法》LL=10dL=5d对圆截面试样：对矩形截面试样：国家标准不仅规定了试验方法，对试件的形式也作了详细规定当l=10d时的试件称为长试件，为推荐尺寸当l=5d时的试件称为短试件，为材料尺寸不足时使用标准试件材料试验机材料的力学性能在材料试验机上进行测试。材料试验机的式样有很多，但大多为机械传动或液压传动。PP拉伸图：P~ΔL曲线应力－应变曲线：s~e曲线L0σ

5、εPΔLs=P/A0e=ΔL/L0(1)塑性材料拉伸时的力学性能σεO名义应力(Nominalstress)比例极限σP弹性阶段Elasticstage弹性极限σeBA屈服应力σsC真应力(Truestress)F局部化阶段Localizationstage断裂E强化阶段Hardeningstage强度极限σbD屈服阶段YieldingstageOabcd①弹性阶段—比例极限—弹性极限虎克定律弹性摸量②屈服阶段—屈服极限③强化阶段—强度极限④局部变形阶段e合金钢20Cr高碳钢T10A螺纹钢16Mn低碳钢A3黄铜H62(2)塑性材料的卸载(unloading)过程Oσε残余(塑性)应变重新

6、加载(reloading)弹性回复α卸载α卸载加载加载Pabcdef卸载定律冷作硬化材料在卸载过程中应力与应变成线形关系。称为：卸载定律。在常温下把材料冷拉到强化阶段，然后卸载，当再次加载时，材料的比例极限提高而塑性降低。这种现象称为冷作硬化。延伸率(Percentelongation)截面收缩率(Percentreductioninarea)与表征材料破坏后的塑性变形程度。与试件的原始尺寸L/d有关；与试件的原始尺寸无关。塑性材料脆性材料>5%<5%在工程中按区分塑性材料和脆性材料(3)韧性指标:L1A1注意：材料拉断后经过卸载得到残余应变εp应变实质就是延伸率δ按照国家标准规定，取对

7、应于试件产生0.2%的塑性应变(εp=0.2%)的应力作为屈服点,称为“条件屈服点”,用σ0.2表示名义屈服应力。(4)“名义屈服应力”σ0.2有些塑性材料(如:铝合金)没有明显的屈服平台。σε由于无法确定其屈服点,只能采用人为规定的方法。bσε0.2%o与σ－ε曲线相交点对应的应力即为σ0.2.2.0s确定的方法是:在ε轴上按刻度取0.2％（即：0.002）的点,对此点作平行于σ－ε曲线的直线段的直线(斜率亦为E),特点：无屈服过