一种加强框、梁单一截面静力/疲劳性能试验方法

摘要

本发明属于飞机设计领域，涉及一种适用于对加强框、梁等结构的典型截面进行试验的方法，其特征在于，设计一种能够反映加强框、梁的单一截面特征的四点弯曲梁试验件，进行静力/疲劳试验。优点是：四点弯曲梁试验件作为具有典型加强框、梁特征的结构试验件，反应了加强框、梁主要截面的受力情况，用其进行试验研究，可以明显缩小试验的规模，缩短试验的周期并降低研制成本；四点弯曲梁试验件尤其适用于没有集中承力接头的以承受弯曲载荷为主的加强框、梁结构的典型受力截面的试验研究；便于进行加强框、梁的不同材料或工艺的对比试验研究；可以设计简易的四点弯曲梁试验夹具，在普通的试验机上进行四点弯曲梁静力/疲劳试验，试验简单、方便。

说明书

技术领域

本发明属于飞机设计领域，涉及一种适用于对加强框、梁等结构 的典型截面进行试验的方法。

背景技术

在飞机设计技术领域，对于加强框、梁等结构的典型截面的静力 /疲劳试验研究，一直没有适当的方法，往往参照加强框、梁的真实 结构，模拟加强框、梁在飞机上的安装、固定方式，采用大量连接夹 具进行试验，因此试验件数量多，制造、试验的周期长。

发明内容

本发明的目的是：设计一种能够反映加强框、梁的典型截面特征 的四点弯曲梁试验件，通过简易的夹具，安装在试验机上，进行静力 /疲劳试验研究。

本发明的技术方案是：一种加强框、梁单一截面静力/疲劳性能 试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一，选取需要进行试验研究的加强框、梁的截面；

第二，设计一个四点弯曲梁，选材、制造工艺与上述的加强框、梁一 致，以四点弯曲梁的中间横截面为对称轴，对称轴处截面的形状和尺 寸与上述的加强框、梁截面的形状和尺寸一致，对称布置4根与上、 下缘条和腹板垂直的筋条，分别作为固定点和加载点的支撑，在筋条 1和筋条4与下缘条相交的部位，一端固定铰支，一端可动铰支，形 成简支梁，在筋条2和筋条3与上缘条相交的部位加载，加载方向沿 筋条轴线，并从上缘条指向下缘条；

第三，分析并绘制四点弯曲梁弯矩图，在筋条2和筋条3之间的区域 是弯矩相等的纯弯曲段，作为试验考核段；

第四，根据对称轴处的截面尺寸，计算载荷P的大小，作为四点弯曲 梁的静力试验的设计载荷，其中P=kWσ_b/L，并对受压缘条进行稳定 性校核，然后进行静力破坏试验；

第五，根据加强框、梁所选截面的疲劳寿命要求，结合四点弯曲梁的 静力破坏试验结果，确定四点弯曲梁的疲劳试验载荷谱，进行疲劳试 验。

所述在P=kWσ_b/L的公式中，σ_b是四点弯曲梁所选材料及工艺 的强度极限，W为四点弯曲梁对称轴处截面的抗弯截面系数，k为 四点弯曲梁对称轴处截面的塑性修正系数，L表示筋条2和筋条3之 间的距离。

本发明的优点是：

1）四点弯曲梁试验件作为具有典型加强框、梁特征的结构试验件， 反应了加强框、梁主要截面的受力情况，用其进行试验研究，可以明 显缩小试验的规模，缩短试验的周期并降低研制成本；

2）四点弯曲梁试验件尤其适用于没有集中承力接头的以承受弯曲载 荷为主的加强框、梁结构的典型受力截面的试验研究;

3）由于四点弯曲梁试验规模较小，便于进行加强框、梁的不同材料 或工艺的对比试验研究;

4）可以设计简易的四点弯曲梁试验夹具如图4所示，在普通的试验 机上进行四点弯曲梁静力/疲劳试验，试验简单、方便。

附图说明

附图1是典型四点弯曲梁结构

附图2是四点弯曲梁支持、加载简图

附图3是四点弯曲梁弯矩图

附图4是带简易夹具的四点弯曲梁支持、加载示意图

附图5是加强框a典型截面的四点弯曲梁

附图6是加强框a典型截面四点弯曲梁的疲劳试验载荷谱

附图7是加强框b的焊接四点弯曲梁

附图8是加强框b焊接四点弯曲梁的疲劳试验载荷谱

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描 述。

最佳实施例一：

一、加强框a为承受主起落架着陆载荷的主承力结构，为了提高 加强框的整体性和生产效率，拟采用整体锻件制造，由于加强框a上 没有集中承力接头，无法单独对加强框a整体锻件的真实结构进行试 验研究，通过分析加强框a的受力情况，选取其受力最严重的下位锁 梁轴线与22长桁轴线之间的截面作为试验研究的对象，该截面的静 力/疲劳性能可以涵盖其它截面。

二、设计一个四点弯曲梁，采用钛合金大型锻件制造，梁腹板上 布置4根筋条，分别作为固定点和加载点的支撑，在距离对称轴较远 的两个筋条的下缘条处固定，形成简支，在距离对称轴较近的两个筋 条的上缘条处加载，结构尺寸如图5所示。

三、根据对称轴处的截面尺寸，计算载荷P的大小，作为四点弯 曲梁的静力试验的设计载荷，其中P=kWσ_b/L=278569.2N（k=1.07， W=34559.08mm³，σ_b=1130MPa，L=150mm），同时进行四点弯曲梁 受压缘条的稳定性校核，σ_Lin=σ_b，σ_Lin表示梁缘条的临界失稳强度， 然后进行2件四点弯曲梁的静力破坏试验，静力破坏试验结果见表1， 与理论计算的设计载荷比较相差4.6%，分析认为是塑性修正系数k 的理论计算与实际有偏差导致。

表1各种典型截面四点弯曲梁的静力试验载荷

四、按照图6的疲劳试验载荷谱进行四点弯曲梁的疲劳试验，图 6中的P_m表示上述静力试验破坏载荷的平均值。四点弯曲梁完成了 10万次的疲劳试验，没有产生破坏，达到了疲劳寿命的要求。

最佳实施例二：

一、加强框b为采用钛合金锻件氩弧焊连接工艺制造而成的，为 了改善零件的工艺性，拟采用电子束焊代替氩弧焊，为了比较两种焊 接工艺对加强框b的静力/疲劳性能的影响，设计了两种焊接形式的 四点弯曲梁结构，焊缝选在四点弯曲梁的对称截面处。

二、设计两组四点弯曲梁结构，采用钛合金锻件制造，梁腹板上 布置4根筋条，分别作为固定点和加载点的支撑，在距离对称轴较远 的两个筋条的下缘条处固定，形成简支，在距离对称轴较近的两个筋 条的上缘条处加载，两组四点弯曲梁结构除了分别采用氩弧焊和电子 束焊之外，其余工艺、形状和尺寸完全相同，结构尺寸如图7所示。

三、根据对称轴处的截面尺寸，计算载荷P的大小，作为四点弯 曲梁的静力试验的设计载荷，其中P=kWσ_b/L=221653.3MPa， （k=1.224，W=24038.4mm³，σ_b=1130MPa，L=150mm），同时进 行四点弯曲梁缘条的稳定性校核，σ_Lin=σ_b，然后进行静力破坏试验， 静力试验的结果见表1，可以看出两种焊接工艺的静强度相当。

四、按照图8的疲劳试验载荷谱进行两组四点弯曲梁的疲劳试 验，图8中各级载荷为F_i×P_m，P_m表示上述静力试验破坏载荷的平 均值。两组四点弯曲梁均完成了规定载荷谱下30个循环的疲劳试验， 达到了加强框b的疲劳寿命要求。

通过上述两组四点弯曲梁的静力/疲劳试验研究，表明加强框a 典型受力截面以及在加强框b上用电子束焊代替氩弧焊都能够满足 加强框静力/疲劳设计要求。