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1、1,第 十四 讲,飞机结构分析与设计,2,上一将的内容回顾,3,三、机身的受力分析,4、运输机有效载重引起的地板载荷的传力分析,地板的结构： 边界条件： 载荷：主要载荷分布的Py,4,波音717I 200(1),5,波音717I 200(2),6,5.4 加强框结构分析和设计,加强框的作用: 承受框平面内的集中载荷，并以分布剪流形式传给机身蒙皮，所以它是一个在集中外载和分布支反剪流作用下平衡的平面结构。,加强框的特点 1）它受的载荷大，是飞机结构的重要承力构件； 2）要与长桁、蒙皮相连。在一框多用时，上面的连接接头不止一个，框上常有多组接合孔群； 3）尤其是与其他部件（如机翼、尾翼）的对接框，
2、其作用十分重要，因此一般说加强框常作为关键件之一，对其上的危险部位应进行精心设计。,7,影响加强框的结构形式和设计的因素,机身外形、 内部布置、 集中力大小与性质、 支持它们的机身盒段结构特点、 有无大开口等等因素,加强框的分类 根据受力形式，对加强框进行分类,构架式加强框,环形刚框式加强框,加强框结构型式分类,腹板式加强框,8,刚框式加强框的构造 由内、外缘条、腹板、支柱等元件组成,一、刚框式（环形）加强框,刚框式加强框的应用 机身隔框多数是刚框式，这是为了便于充分利用机身内部空间。,刚框式加强框的分类,9,环形刚框的受力特点 它相当于一个封闭的曲梁，受载后有弯矩、剪力、轴力。 弯矩由刚框的
3、内、外缘条承受，其对刚框的尺寸影响最大； 剪力由框的腹板承受，由它决定腹板的厚度； 轴力由缘条和腹板共同承受。,由于弯矩对刚框的尺寸影响最大，我们以硬壳式机身等剖面环形刚框为例分析其弯矩内力，大致可得出以下结论： （1）在法向集中力和集中力矩作用处，框缘截面的弯矩值最大； （2）法向集中力产生的框截面内弯矩比切向集中力产生的弯矩要大，后者只有前者的1/4。,环形刚框的受力特点,10,这两个结论提醒我们： 当有集中力作用到框上时，应使其尽可能接近切向； 正是由于弯矩值沿周边是变化的，因此框缘设计时若与弯矩分布规律相符将有利于减轻框的重量。,刚框的设计 刚框中内力分布和大小对刚框设计起关键作用，从
4、上述刚框受力特点可看出，设计时应注意： 刚框的构造型式主要依据刚框弯矩的分布和大小、刚框的截面高度及工艺制造能力确定；,刚框的设计,11,法向集中力引起框截面弯矩比切向集中力引起弯矩大，因此尽可能地使集中力沿切向作用于刚框上；,刚框的设计,框内剪力主要由腹板承受，当腹板较薄时，在剪切内力作用下会受剪失稳。另一方面，刚框的曲率较大，弯曲时内、外缘条对框腹板产生分布压力，所以必须设置一些支柱，以提高其受剪、受压临界应力；,当构造或工艺要求刚框设置分离面时，一般将分离面布置在框截面弯矩最小处；,12,长桁与刚框相交时，一般不允许将框缘条断开让长桁通过。因为长桁的轴力远比框缘条的内力小，一般将长桁断开
5、。,刚框的设计,13,(a),(a) 部分腹板式加强框（含有刚框） (b) 完整腹板加强框 (c) 中间开口的腹板式加强框,二、腹板式加强框,14,腹板框的受力特点 腹板框属于平面板杆结构，腹板上可设置加强型材用来承受集中力，并由它扩散成剪流传给腹板，腹板受剪； 纵、横型材只受轴力，它们将,腹板式加强框的应用 在需用框与壳体一起构成封闭舱段，如气密增压座舱、油箱舱、设备舱、起落架舱等舱段时，必须采用腹板框。,腹板分成若干个格子，以提高腹板的剪切稳定性；,腹板式加强框的应用,15,腹板上的剪流小，其厚度比刚框的薄； 框缘条作为板杆结构中的杆子，只受轴力，而且它的应力比刚框缘条中的应力小得多。,腹
6、板框的受力特点,腹板式加强框的设计 主要型材（受力支柱）的布置： 凡有集中力作用处都要布置较强的型材作为受力支柱； 主要型材应尽量保持连续；型材应取槽形、Z形、角形等具有一定承弯能力的剖面形状。,16,辅助型材的布置： 主要作用是提高腹板抗剪稳定性；这类型材一般可以不连续（见右上图）；当腹板框受侧压时，最好将型材置于腹板受压的背面，以免铆钉受拉（见右下图）。 腹板厚度： 腹板厚度对腹板式加强框的重量有很大影响，尤其是全腹板框；腹板不能太薄，一般大于0.8mm，否则铆接时可能变形太大；采用变厚度腹板减轻重量。,刚框的设计,17,带部分腹板或混合式加强框的受力分析,现以歼-6飞机机翼-机身主对接框
7、为例进行加强框受力分析。,整个框内，除进气道部分外都有腹板； 两侧安置带接头的很强的框缘；进气道上、下布置两根水平横梁；横梁与框缘接头、腹板连接,主对接框的结构：,18,力矩MR2和R4、R1和R3组成的力偶R1和R2 、R3和R4在上下水平横梁中自身平衡； 中腹板与上、下腹板不受力。,剪力Qy剪流qQy 传给蒙皮； 框缘接头和水平横梁连接处的垂直节点力R1y和R2y、R3y和R4y与机身上、下部分蒙皮剪流平衡； 水平节点力R1z与R2z 、R3z与R4z在上下水平横梁中自身平衡； 中腹板不受力。,带部分腹板或混合式加强框的受力分析,19,不对称力矩作用下，腹板式加强框的受力分析 (a)不对称
8、弯矩的等效分解 (b)一侧作用力矩M时，加强框的受力分析,加强框外力平衡； 加强框内力的平衡分析：(1)框缘的平衡、(2)上下腹板的平衡、(3)中腹板的平衡,不对称力矩作用下，腹板式加强框的受力分析,20,5.5 机身开口处结构设计,21,一、开口的分类,这里说的开口大小，是指它与开口所在处部件的基准尺寸相比而言 即是相对大小，而不是绝对大小,二、口盖的分类,因为用相对大小比较才符合受力概念,22,23,三、中、小开口区的补强设计,小开口区基体结构的情况：一般只破坏基体结构的受剪蒙皮 小开口区的补强方式： (a) 在蒙皮内表面沿开口周缘镶上一个口框，如采用法兰盘式加强环；,1、小开口区情况,三
9、、中、小开口区的补强设计,(b) 设计时尽可能利用孔附近基体结构的框和桁条等元件。,24,2、中开口区情况,中开口区基体结构的情况： 不仅切断受剪蒙皮，往往还切断受正应力的构件（长桁）。 中开口区的补强方式： 一般采用口框式、围框式、加强垫板式补强方式,(1) 刚框式口框 结构：绕开口周围布置一圈截面具有抗弯能力的加强结构 类似刚框,(d),受力情况：,对这类刚架，通常弯矩为其主要内力，因此，要求口框具有足够的抗弯刚度。,25,(2) 围框式加强型式,受力情况：,其受力原理类似于把原来口框的梁式截面改成由内、外侧两根受力杆和中间蒙皮组成的薄壁梁式受力截面。 由于围框的截面高度比口框大，故在受到
10、同样大小的弯矩时，围框中加强杆的应力将比较小。,结构：围框常利用开口附近已有的受轴力构件周边杆和蒙皮,加上在开口四周加一圈井字形布置的受轴力杆组成。,26,27,(3) 加强垫板式补强结构,结构：在开口周围布置一加强垫板，将切断的桁条和隔框,四、机身大开口区的加强,大开口区情况和补强方式： 这类开口的长度和宽度都较大，如炸弹舱、设备舱等。 在开口区一般采用开口两端设置加强框，开口两侧安置桁梁和加强桁条的加强型式。,与垫板连接，开口两侧布置加强型材。 受力情况：轴力的传递将在开口区之外的参与段内，通过蒙皮的剪切，把切断桁条上的轴向力集中到开口两侧的加强型材上去,28,结构： 开口两端有腹板式加强
11、框，开口两侧安置有封闭剖面式薄壁梁的桁梁,机身大开口区的传力分析 以某轰炸机机身炸弹舱开口区加强方案为例进行传力分析。,机身大开口区弯矩的传递： 开口处的轴力主要由桁梁来传递，切断桁条上的轴力转移到加强桁梁上必有一定的参与区,机身大开口区的传力分析,29,在机身开口段，由于两侧壁中的剪流方向相反，开口段会因为参差弯曲而翘曲； 在开口区，每个剖面上除了有剪流外，还会产生附加正应力。,机身大开口区扭矩的传递：,机身大开口区扭矩的传递：,机身下部有大开口时扭矩的传递,30,总 结,31,退 出,第十四讲结束,32,MD-82机身外形与框距,33,多用途框的构造形式,34,框的构造形式,35,三种不同形式载荷作用下刚框的截面弯矩分布图,36,机身舱门开口周围的结构布置,37,机身下部有大开口时扭矩的传递动画,返 回,
