69152

УСТОЙЧИВОСТЬ ТОНКОСТЕННЫХ СТЕРЖНЕЙ

Лекция

Астрономия и авиация

Стержень - элемент удлинённой формы, работающий на растяжение-сжатие от продольных (осевых) сил (рис. 12.1,а). Стержни в авиационных конструкциях - это стрингеры крыла, фюзеляжа, оперения, пояса лонжеронов, тяги проводки управления и т.д.

Русский

2014-09-30

585.5 KB

18 чел.

PAGE   \* MERGEFORMAT 161

 Министерство образования и науки Украины

Национальный авиационный университет

Аэрокосмический институт

Кафедра конструкции летательных аппаратов

 

ЛЕКЦИЯ № 12 (3)

по дисциплине "Конструкция и прочность летательных аппаратов"

12. УСТОЙЧИВОСТЬ ТОНКОСТЕННЫХ СТЕРЖНЕЙ

Составитель проф. Радченко А.И.

 

Киев  2009

12. УСТОЙЧИВОСТЬ ТОНКОСТЕННЫХ СТЕРЖНЕЙ

 Стержень - элемент удлинённой формы, работающий на растяжение-сжатие от продольных (осевых) сил (рис. 12.1,а).

Стержни в авиационных конструкциях - это стрингеры крыла, фюзеляжа, оперения, пояса лонжеронов, тяги проводки управления и т.д. Они имеют обычно тонкостенные поперечные сечения открытого или замкнутого профиля.

 Открытые тонкостенные стержни (рис. 12.1,б) изготавливаются прессованием, прокаткой или штамповкой из тонких листов. их характерными  сечениями являются профили уголкового, швеллерного, таврового и двутаврового типа.

Рис. 12.1. Примеры стержней, применяемых в авиаконструкциях

Наиболее распространёнными стержнями с замкнутыми сечениям являются тонкостенные трубы. В ряде случаев замкнутые сечения получаются после приклёпывания открытого профиля к обшивке (рис. 11.1,в).

Особенностью тонкостенных стержней является недостаточная жёсткость поперечных сечений и возможность их искажения под действием внешней сжимающей силы.       

   Если соотношения размеров стержня таковы, что в про-цессе нагружения не происходит существенного изменения формы и. размеров поперечных сечений, то такой стержень при действии продольной сжимающей силы претерпевает общую потерю устойчивости с изгибом его оси (рис.12.2,а).

Рис.12.2.  Виды потери устойчивости                                        поэтому        разрушение
                 тонкостенных  стержней
                              длинных        изолированных

стержней при сжатии обычно происходит от общей потери устойчивости.

Короткие тонкостенные стержни обладают повышенной изгибной жёсткостью в продольном направлении и при действии сжимающей нагрузки чаще разрушаются в результате выпучивания тонких стенок (рис. 11.2,б) без искривления оси, то есть в результате местной потери устойчивости.  

 12.1. КРИТИЧЕСКИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ОБЩЕЙ ПОТЕРИ

     УСТОЙЧИВОСТИ

 12.1.1. Критические напряжения изолированного стержня

 Критические напряжения изолированного стержня при общей потере устойчивости определяются по формуле Эйлера

    ,    (12.1)   где     -радиус инерции поперечного сечения стержня;

 а   -длина стержня (рис. 11.3,a);

с - коэффициент, зависящий от характера опирания торцов:

 при шарнирном опирании   с = 1;      

 при защемлении с = 4;

 для приторцованных концов с = 2.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        12.1.2. Критические напряжения, стержня, работающего
                         совместно с обшивкой.

Если стержень (стрингер) работает не изолированно, а  совместно с обшивкой, то общая потеря устойчивости происходит с изгибом его оси в плоскости, перпендикулярной обшивке. Кроме того, на продольный изгиб в этом случае совместно со стрингером, как  единое целое, работает и часть обшивки, которая называется присоединенной.

В связи с этим критические напряжения общей потери устойчивости стрингера с присоединённой обшивкой обычно будут выше, чем изолированного.

Момент инерции сечения в формуле (12.1) для этого случая определяется относитель-но центральной оси x'-x' (рис.12.3,б) с учётом площади присоединённой обшивки.

       Общая потеря устойчивости пояса балочного лонжерона крыла при сжатии невозможна. Скреплённые с поясом стенка и обшивка стесняют изгиб его оси

Рис 12.3. Расчет момента инерции сечения стержня во всех направлениях.

                Если критические напряжения, определенные по формуле (12.1), выше предела пропорциональности, то для дальнейшего расчёта следует использовать формулу

    ,   (12.2)

где    = b/кр; кр - величина, определённая по формуле (12.1).

12.2. КРИТИЧЕСКИЕ НАПРЯЖЕНИЯ  МЕСТНОЙ  ПОТЕРИ    
        УСТОЙЧИВОСТИ
 

При расчёте критических напряжений местной потери устойчивости тонкостенный стержень рассматривается как система прямоугольных пластинок с размерами а, b и (рис. 12.3,а), соединённых между собой вдоль длинных краёв и по торцам в плоскостях нервюр.     

 Haпример, стрингер, представленный на рис. 12.4, состоит из пяти элементов - пластинок, соединённых между собой. Элементы 1 и 5 имеют по три края; шарнирно опертых (два поперечных – на нервюрах и один продольный – на остальной части стрингера) и по одному продольному краю –свободному. Элементы 2, 3, 4 по всем четырем краям оперты.

Расчет критических напряжений каждого элемента проводится по формуле

  , (12.3)  

где

 bi - характерные размеры i -го элемента;

ki  - коэффициент опирания i -го элемента.

В рассмотренном примере величины k1 и k2 равны:

k1 = 0,425 + (b/а)2

k2 = k3 = k4 = 4

В таблице 12.1 представлены схемы опирания элементов (полок и стенок) для стержней (стрингеров) различной формы поперечного сечения.

На рис. 12.5 рассмотрены примеры определения коэффициентов k.

рис. 12.5. примеры определения коэффициентов k

В случае когда кр.м > р расчёт критических напряжений проводится с использованием формулы (12.2).

          За критические напряжения местной потери устойчивости изо-лированного  стержня принимают меньшее из всех  напряжений кр.м.

 Для стержней, работающих совместно с обшивкой за величину критического напряжения, местной потери устойчивости принимают напряжения, определенные по формуле смешения,  (12.4)

,

где кр.мi - критическое напряжение местной потери устойчивости i-го элемента;  

f - площадь сечения i -го элемента.

Таблица 12.1

 За разрушающее напряжение стрингера принимается наименьшее из критических напряжении общей и местной потери устойчивости.

  разр =(кр.мi)min   (12.5)

  12.3. РАЦИОНАЛЬНЫЕ    ФОРМЫ
        ПОПЕРЕЧНЫХ      СЕЧЕНИЙ  
        ТОНКОСТЕННЫХ СТЕРЖНЕЙ

Так как тонкостенные стержни могут разрушаться и от местной и от общей потери устойчивости, то размеры поперечных сечений их элементов должны быть такими, чтобы обеспечить, по возможности, наибольшие критические напряжения обеих форм потери устойчивости. желательно, чтобы элементы стержней были равноустойчивы.     

Так, например, соотношение размеров b2 и b3  z -образного стрингера
(рис.12.6) можно определить исходя из предпо-ложения, что критические напряжения 1 и 2 элементов одинаковы, т.е  

.

   Так как , а , то при постоянной толщине.

Рис. 12.6. К расчету критических                Наличие  отгибов  b3 сильно  увеличивает

напряжений элементов стержня     коэффициент  k2   и  повышает  устойчивость

полки b2 стрингера. Наивыгоднейшая ширина отгиба b2 = (0,25…0,3)b3.

Уменьшение b3 ведёт к резкому падению устойчивости поддерживаемой стенки b2 , а увеличение b3 , не оказывает влияния на устойчивость полки b2 , но ведёт к значительному ухудшению устойчивости самого отгиба, работающего как пластинка с одним свободные краем.

Для подкрепления стенок прессованных профилей применяют утолщения свободных краёв - бульбы (таблица 12.1), играющие ту же роль, что и отгибы для штампованных.

Утолщение элементов 1, 5 и 3 стрингера, показанного на рисунке. 12.4 (см. первую строку таблицы 2.1), осуществляется как с целью увеличения критических напряжений их местной потери устойчивости, так и для увеличения критических напряжений общей потери устойчивости стрингера, тo же самое следует отметить и у стержней типа тавр и двутавр, полки которых, как правило, выполняются толще стенки. Принятое в них распределение материала по сечению даёт значительное увеличение момента инерции сечения относительно оси, параллельной полкам, а, следовательно, и увеличение критических напряжений общей потери устойчивости.

ВОПРОСЫ

  1.  Дайте определение понятия "стержень"?
  2.  Приведите примеры использования стержней с открытым и замкнутым сечением в авиационных конструкциях.
  3.  Дайте определение понятия " общая потеря устойчивости стержня".
  4.  Дайте определение понятия "местная потеря устойчивости стержня".
  5.  Как определяются критические напряжения изолированного стержня?
  6.  Как определяются критические напряжения стержня, работающего
    совместно с обшивкой?
  7.  Дайте определение понятия "присоединённая обшивка".
  8.  Возможна ли общая потеря устойчивости пояса балочного лонжерона крыла при сжатии?
  9.  Как определяются критические напряжения, если они выше предела пропорциональности?
  10.  Как определяются критические напряжения местной потери устойчивости тонкостенного стержня?
  11.  Опишите применение формулы смешения?
  12.   Опишите рациональные  формы поперечных сечений  тонкостенных стержней.
               
              


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

85059. Понятие о ВИЧ-инфекции и СПИДе 30.45 KB
  Понятие о ВИЧинфекции и СПИДе Цель урока. Познакомить учащихся с общими понятиями о ВИЧинфекции и СПИДе обратить внимание на основные причины распространения ВИЧинфекции в нашей стране. Сформировать убеждение в том что соблюдение норм здорового образа жизни единственная профилактика ВИЧинфекции. Изучаемые вопросы Общие понятия о ВИЧинфекции и СПИДе.
85060. Инфекции, передаваемые половым путем 30.46 KB
  Познакомить учащихся с признаками основных инфекций передаваемых половым путем ИППП и причинами их распространения. Обсудить основные меры профилактики ИППП. Основные меры по профилактике ИППП. Самый высокий уровень заболеваемости ИППП отмечается в группе 20 21летних затем 15 19летних.
85061. Россия в мировом сообществе 32.75 KB
  Сформировать у учащихся общее представление о роли России в современном мире показать потенциальные возможности страны и основные направления политики государства направленной на обеспечение стабильности и национальных интересов России. Изучаемые вопросы Потенциальные возможности России. Роль России в мировых процессах. Обеспечение стабильности и национальных интересов России в мировом сообществе.
85062. Национальные интересы России в современном мире. Основные угрозы национальным интересам и безопасности России 34.01 KB
  Национальные интересы России в современном мире. Основные угрозы национальным интересам и безопасности России Цель урока. Сформировать у учащихся представление о национальных интересах России как совокупности сбалансированных интересов личности общества и государства; убеждение в возрастании в современных условиях роли гражданина России в деле обеспечения национальных интересов России. Дать учащимся общее понятие об угрозе национальным интересам и безопасности России которую несут в себе последствия чрезвычайных ситуаций природного...
85063. Формирование общей культуры населения в области безопасности жизнедеятельности 32.12 KB
  Формирование общей культуры населения в области безопасности жизнедеятельности Цель урока. Систематизировать представления учащихся об общей культуре населения в области безопасности жизнедеятельности подчеркнув значение уровня культуры населения в области безопасности жизнедеятельности для обеспечения национальной безопасности России. Общая система обеспечения безопасности населения страны. Уровень культуры в области безопасности населения страны и национальная безопасность России.
85064. Опасные и чрезвычайные ситуации, общие понятия и определения, их классификация 31.06 KB
  Сформировать понимание недостижимости абсолютной безопасности населения и возрастания роли каждого человека в обеспечении личной безопасности в различных опасных и чрезвычайных ситуациях. Ключевые понятия в области безопасности жизнедеятельности. Подчеркнуть что человек на протяжении периода своего существования на Земле в первую очередь стремился расширить сферу своей жизнедеятельности и обеспечить свое благополучие и очень мало заботился об обеспечении безопасности своей жизнедеятельности. Не случайно обеспечением безопасности...
85066. Чрезвычайные ситуации природного характера, их причины и последствия 30.73 KB
  Чрезвычайные ситуации природного характера их причины и последствия Цель урока. Систематизировать знания учащихся о наиболее характерных опасных природных явлениях и чрезвычайных ситуациях природного происхождения возникающих на территории нашей страны. Повторить основные причины возникновения чрезвычайных ситуаций природного характера и их возможные последствия. Напомнить о необходимости знать местные признаки приближения опасного природного явления.
85067. Чрезвычайные ситуации техногенного характера, их причины и последствия 30.7 KB
  Сформировать у учащихся более полное представление о факторах опасности техносферы для безопасности жизнедеятельности населения страны обратив внимание на источники техногенных опасностей основные причины их возникновения. Сформировать убеждение что повышение уровня культуры в области безопасности жизнедеятельности всего населения страны это приоритетный путь повышения уровня безопасности жизнедеятельности личности общества и государства. Изучаемые вопросы Факторы опасности техносферы для безопасности жизнедеятельности населения страны....