[发明专利]一种飞机蒙皮纵向连接结构强度分析方法

说明书

本发明设计一种飞机蒙皮纵向连接结构强度分析方法，属于机体结构强度设计领域；通过有限元模型及试验分析确定了紧固件的分载系数，以及二次弯曲对连接区结构承载能力的影响。本发明大大提高了蒙皮纵向连接结构强度计算的精度，为飞机产品强度分析工作提供了支持；本发明在航空、航天、汽车等结构设计中有着广泛的应用空间；能够提高结构的利用效率，在满足结构强度要求的基础上，设计出结构最优尺寸构型；有助于减少不必要的保守设计，极大的缩短了研发时间、减少研发费用。

技术领域

本发明属于机体结构强度设计领域，尤其涉及一种飞机蒙皮纵向连接结构强度分析方法。

背景技术

机身纵向蒙皮连接结构属于飞机的关键连接区域，其载荷传递形式复杂，对此处进行有效的强度分析历来是工程师工作的难点。世界上现役飞机的机身纵向蒙皮连接一般可分为蒙皮搭接和蒙皮对接两种结构形式。每种连接构形均有其各自的优缺点，在使用过程中可根据实际情况进行选择。图1为机身纵向蒙皮连接的两种结构形式，A为纵向搭接构型，与对接构型相比使用的零件和紧固件数量较少、装配简单，因而广泛用于除前机身和中机身上壁板以外的区域。并且，搭接接头一般是上搭下的模式，即上蒙皮在外面，下蒙皮在里面，这是防雨方面的考虑。B为纵向蒙皮对接构型，通常用在前机身和中机身上壁板，这是出于接头对机身气动载荷的影响的考虑。

壁板纵向连接结构属关键连接区域，传递载荷较大，一般采用紧固件机械连接的形式来保证连接性能。纵向连接常见的破坏模式主要有蒙皮在凸台处和连接处的钉孔位置产生裂纹，以及紧固件破坏使得两连接部件不能再传递载荷。针对纵向连接结构的失效模式及失效载荷，目前还没有统一有效的计算方法，大多数只是将外载荷均匀分布给每个紧固件，仅仅校核了紧固件在剪切载荷下的强度，并没有充分考虑每个紧固件的分载系数，也没有考虑由于搭接或对接偏心产生的二次弯曲对紧固件和蒙皮载荷的影响。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明设计一种飞机蒙皮纵向连接结构强度分析方法。

一种飞机蒙皮纵向连接结构强度分析方法，其步骤为：

步骤1：通过编写的Excel工具，从飞机的整体有限元模型的计算结果中提取蒙皮纵向连接结构的内载荷；其中，F_x1、F_y1、q_xy1和F_x2、F_y2、q_xy2分别为连接区上下两侧蒙皮单元在局部坐标系下的力流，P_G1、P_G2为长桁两端的端载；

步骤2：确定飞机连接件紧固件强度许用值和蒙皮强度许用值；P_tu和P_su分别是紧固件极限拉伸强度和极限剪切强度，σ_tu和σ_cy分别是蒙皮材料的拉伸极限强度和压缩屈服强度；

步骤3：由构建的平衡方程和变形协调方程计算出紧固件和连接带板的载荷分配；假如连接有n行紧固件，则有一个平衡方程和n-1个变形协调方程；用带有2行紧固件的单剪连接件来说明在平衡方程和协调方程中的参数，第一行紧固件受到载荷V₁，传递给连接带板A即上蒙皮，即P_A＝V₁；同时剩余载荷(P-V₁)，传递给连接带板B即下蒙皮，即P_B＝P-V₁，并由最后一行紧固件承受，于是V₂＝P-V₁；所以，总的载荷：

P＝V₁+V₂＝P_A+P_B (1)

依据形变相容性，紧固件1和连接带板A的总形变等于紧固件2和连接带板B的总形变：