[发明专利]一种飞机复合材料球面框结构设计方法

权利要求书

1.一种飞机复合材料球面框结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、设定球面框包括：规则的球皮(1)以及用于飞机蒙皮与球皮连接的环框(2)，所述规则球皮表面均布设置有加强筋(3)；

步骤二、计算所述球面框气密载荷，公式如下：

P＝101325(1-2.2558×10-5×Hp)5.2559 (1)

ΔP＝Pcabin-Pceiling (2)

P’＝2ΔP (3)

其中，P为压强，Hp为飞行高度，ΔP为客舱压力差，Pcabin为机身内部压强，Pceiling为飞行过程中机身外部压强，P’为设计时使用的气密载荷；

步骤三、计算作用在环框上的挤压载荷FBR、径向载荷NBR以及轴向载荷N1；

其中，为球面框球皮的子午圈角，子午圈角的定义为球皮与球面框框平面的夹角，R为球面框球皮的半径，RC为飞机机身的半径；

步骤四、计算所述规则球皮的半径R、高度H以及初步厚度t；

其中，ft是球皮的切向应力；是球皮的环向应力；作为复合材料球面框，在结构初步设计时取t是球面框球皮的厚度；

步骤五、计算所述规则球皮的面积S和初步重量m；

S＝2πRH (10)

步骤六、计算所述规则球皮的子午圈角；

其中，ρ为材料密度；

步骤七、选定所述规则球皮的层合板类型；

根据规则球皮承受双向拉伸膜应力，球皮层合板选取对称均衡层合板+准各项同性层合板；

步骤八、确定准各项层合板的层数；

α＝π/N (13)

步骤九、确定每个层合板中球皮铺层的数量；

n p = I N T ( t p t p l y ) + 1 - - - ( 14 ) ]]>

其中，np最终取值为4的倍数；

步骤十、计算所述规则球皮的最终厚度tfinal及最终重量M；

tfinal＝np×tply (15)

M＝2πRcHctfinalρ (16)

步骤十一、计算加强筋的设计参数；

a r a t i o = b w t s a n d b r a t i o = b f t s - - - ( 17 ) ]]>

其中，aratio∈[1822]and bratio∈[68]；

ts＝tskin

hs＝bw＝aratio×ts

bf＝bratio×ts

bc＝bw-2t

θ＝60°

步骤十二、计算环框腹板厚度；

t p = 0.71 ΔPa 2 [ n 3 n 3 + 1.5 ] σ α - - - ( 18 ) ]]>

其中，

n = b a ]]>

tp为环框腹板厚度，a为简化固支板的长度，b为简化固支板的宽度，n为长度与宽度的比值，E为材料弹性模量，σα为材料许用应力；

步骤十三、建立有限元模型，对环框进行结构优化，调整环框腹板厚度和立筋的位置，保证球面框球皮应力处处相同。