[发明专利]一种机身结构中长桁总体稳定性计算方法

说明书

一种机身结构中长桁总体稳定性计算方法，根据机身结构的设计数模，建立机身结构的有限元模型，由杆单元和杆单元两侧的板单元组成计算单元，根据边界条件和载荷工况，得到机身结构各计算单元的应力计算结果，利用最大剪切应力板单元和最大压应力杆单元对应的计算单元的几何参数，根据本发明所述长桁压应力计算公式，计算出机身长桁的最小压应力，最后由最小压应力对应的长桁的总体临界失稳应力和计算最小压应力的比值，得出机身长桁的总体稳定性剩余强度，本发明能更方便、快捷、准确地计算机身长桁的总体稳定性。

技术领域

本发明属于飞机结构强度设计领域，尤其涉及一种机身结构中长桁总体稳定性计算方法。

背景技术

机身结构是飞机的重要部件之一，它将机翼、尾翼、起落架等部件连成一个整体，主要作用是产生并传递各种载荷，本发明主要研究机身蒙皮主要受纯剪切时的长桁的总体稳定性计算方法。

目前强度校核中，机身长桁通常采用以下校核方法，取严重工况下长桁单元与左右蒙皮单元为研究对象，直接从总体应力分析模型中提取长桁杆单元轴向压应力，蒙皮单元最大剪切应力，通过计算蒙皮单元剪切失稳后张力场引起的长桁压应力和弯曲应力，与长桁本体压应力求和后计算机身长桁的总体稳定性，计算时未考虑长桁在弯曲时的物理几何塑性系数以及张力场引起的长桁压应力和弯曲应力对物理几何塑性系数的影响。

对机身长桁而言，直接采用总体应力分析模型的应力计算结果校核机身长桁总体稳定性，所得结果精度较低。因此需要探索一种新的计算方法，方便、快速、准确地进行机身结构长桁总体稳定性计算。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种机身结构中长桁总体稳定性计算方法，基于有限元分析方法进行静强度计算，目的是为了提高蒙皮主要受纯剪切时的机身长桁的总体稳定性的计算精度。

一种机身结构中长桁总体稳定性计算方法，该机身结构包含长桁、蒙皮、机身框，已知该机身结构的设计数模和载荷工况，其特征在于包含以下步骤：1)根据机身结构的设计数模，以长桁和机身框交点为基准，建立机身结构的有限元模型，其中将蒙皮简化为板单元，将长桁简化为杆单元，将机身框简化为梁单元，在相邻梁单元之间，由杆单元和杆单元两侧的板单元组成一个计算单元，每个计算单元包含中间位置的长桁和长桁两侧的蒙皮；2)在上述有限元模型中，对靠近机头部位的机身框梁单元简支约束，作为机身结构总体应力分析模型的边界条件；3)根据边界条件和载荷工况，得到机身结构各计算单元的应力计算结果；4)根据各计算单元的应力计算结果，提取蒙皮受纯剪切的计算单元作为分析单元；5)计算出每个分析单元的长桁压应力，并将长桁压应力的计算结果进行比对分析，提取长桁的最小压应力σ_c；6)利用该最小压应力对应的长桁几何参数，计算出长桁临界失稳应力σ_cf；7)由最小压应力对应的长桁的临界失稳应力σ_cf和长桁最小压应力的比值σ_c，作为机身长桁的总体稳定性剩余强度。

在上述步骤5)中，每个分析单元的长桁压应力σ_c包括三部分：第一部分为机身结构总体有限元模型中计算出的长桁压应力σ_ch；第二部分为由蒙皮剪切失稳后对角拉伸引起的长桁平均压应力σ_st；第三部分为长桁受到向内的弯曲载荷在两支点处的弯曲应力σ_M。

本申请的机身结构中长桁总体稳定性计算方法，根据机身结构的设计数模，建立机身结构的有限元模型，由杆单元和杆单元两侧的板单元组成计算单元，根据边界条件和载荷工况，得到机身结构各计算单元的应力计算结果，利用最大剪切应力板单元和最大压应力杆单元对应的计算单元的几何参数，根据本发明所述长桁压应力计算公式，计算出机身长桁的最小压应力，最后由最小压应力对应的长桁的总体临界失稳应力和计算最小压应力的比值，得出机身长桁的总体稳定性剩余强度，本发明能更方便、快捷、准确地计算机身长桁的总体稳定性。