[发明专利]一种矩形机身大开口结构扭转载荷下结构参数确定方法

权利要求书

1.一种矩形机身大开口结构扭转载荷下结构参数确定方法，其特征在于，包括：

根据实际机身大开口结构的形状、尺寸，建立机身大开口的结构模型，所述结构模型中，对于实际大开口结构两端的加强框，将其简化为以其中一个加强框与大开口连接的模型结构；设定一个约束端面来模拟实际结构大开口结构端部的加强框，大开口结构模型的端面与约束端面重合，将该端面作为固定端，另外一个端面作为加载端；在所述结构模型中确定坐标轴原点，继而建立坐标系；在加载端对大开口结构模型施加围绕x轴的扭转载荷，从而建立扭转模型；

计算机身大开口结构扭转模型剖面特性相关参数，包括扇性面积、主扇性惯性矩以及扇性静距；

在大开口结构扭转模型中，确定应力关键点，并计算应力关键点的剖面正应力和剖面剪应力；

计算每个所述应力关键点的正应力和剪应力；

分别计算每个应力关键点处的等效应力，基于等效应力和许用应力，确定每个应力关键点处的最小壁厚；然后进行筛选，确定最小壁厚当中的最大值作为大开口结构的壁厚；

在所述结构模型中确定坐标轴原点，继而建立坐标系，包括：

以大开口结构的对称面为基准，该对称面垂直剖分大开口结构的端面；在对称面与端面的相交线上，取距离大开口结构顶部z_h的点作为O点，z_h的计算公式为：

其中，h表示大开口结构的高度，b表示大开口结构的宽度；

基于所述原点O，确定以大开口结构长度方向为x轴，高度方向为z轴且指向上，y轴根据右手坐标系法则确定；

所述扇性面积、主扇性惯性矩以及扇性静距的计算过程为：

大开口结构扭转模型受到扭转载荷M_t后发生扭转变形；在z轴上确定扭转的扭心位置P，以扭心P为主极点，z轴与大开口结构模型上部的交点D为主零点，剖面上任意一点Q到P的垂直距离为r，定义该垂直距离r从主零点D开始沿剖面轮廓的弧长到Q点的积分为扇性面积A_w；

基于扇性面积A_w，计算大开口模型剖面的主扇性惯性矩I_w；主扇性惯性矩I_w为∫_ΩA_w² dA，其中，dA表示积分微元面积，Ω表示机身大开口剖面区域；将A_w带入前式后，公式如下：

其中，t表示大开口模型的壁面厚度；

计算大开口扭转模型剖面的扇性静距S_w＝∫A_w dA，其中dA表示机身大开口面积的积分；

所述在大开口结构扭转模型中，确定应力关键点，包括：

将机身大开口扭转模型剖面的四个角点，以及z轴与大开口扭转模型上端面的交点作为应力关键点；

所述计算应力关键点的剖面正应力和剖面剪应力，包括：

剖面正应力σ_w表达式为：

上式中，A_w为应力关键点对应的扇性面积，M_t为扭转载荷，I_w为主扇性惯性矩，x表示应力关键点所在剖面位置与约束端面的距离，L表示机身大开口模型的长度；

剖面剪应力τ_w表达式为：

上式中，δ表示大开口结构扭转模型的壁面厚度，S_w表示扇性静距；

计算每个所述应力关键点的正应力和剪应力，包括：

在应力关键点A和A′点，结构具有最大的正应力，剪应力为0；其应力的数值分别为：

τ_A＝0

在应力关键点B和B′处，正应力和剪应力较大，其值分别为：

在应力关键点C和C’处，其正应力值为0，剪应力最大，其数值分别为：

σ_C＝0；

在应力关键点D处，其正应力值为0，有较大剪应力0，应力数值分别为：

σ_D＝0；

其中，机身大开口扭转模型剖面的四个角点中，左下角点、右下角点分别为A，A’；左上角点、右上角点分别为B，B’，y轴与大开口模型左端面、右端面的交点分别为C，C’；z轴与大开口扭转模型上端面的交点为D点；

所述计算每个应力关键点处的等效应力，包括：

根据实际设计过程中所用到的强度准则，确定强度设计时的等效应力；

当采用第四强度理论时，强度设计时等效应力σ_r4需要满足：

式中，[σ]为材料的设计许用值，σ表示应力关键点处的正应力，τ表示应力关键点处的剪应力；

所述确定每个应力关键点处的最小壁厚，包括：

A和A′点处的最小壁厚t_A为：

B和B′点处的最小壁厚：

C和C’点处的最小壁厚：

D点处的最小壁厚有：