一种机身壁板剪切屈曲载荷的判断方法

摘要

本发明属于航空结构强度设计领域，特别是涉及一种机身壁板剪切屈曲载荷的判断方法。所述方法包括：在机身壁板蒙皮上布置蒙皮应变片；根据蒙皮应变片位置布置长桁应变片，其中蒙皮应变片粘贴方式为花片、长桁应变片粘贴方式为单片；获取蒙皮应变片和长桁应变片的应变数据曲线，并将蒙皮应变数据曲线存在掉头或拐折的蒙皮应变片位置确定为待定位置；根据所述待定位置的蒙皮应变曲线和与所述待定位置对应的长桁应变曲线确定所述待定位置是否发生屈曲以及发生屈曲时的屈曲载荷。通过该方法能够准确判断屈曲点以及屈曲点处的屈曲载荷。

说明书

技术领域

本发明属于航空结构强度设计领域，特别是涉及一种机身壁板剪切屈曲载荷的判断方法。

背景技术

壁板是飞机机身最主要的传载结构，运输类飞机机身壁板由长桁和薄蒙皮组成，蒙皮主要传递拉伸、压缩、剪切载荷。由于蒙皮都是薄板，在远低于飞机设计载荷下就会产生屈曲，影响飞机的整体传力、对飞行寿命的影响大，但目前并没有明确的方法来判断蒙皮的失稳临界值。设计时没明确的准则就做不到精确设计，无法做到重量最优、无法保证飞行安全、使用经济性。

国内外对机身剪切屈曲载荷的判断主要为通过机身壁板蒙皮布置应变花片的剪应力数据斜率变化判断屈曲载荷；还可以采用数字图像相关技术，通过蒙皮是否起波判断屈曲载荷。

由于机身壁板一般存在初始缺陷，剪应力数据斜率变化判断法可能在加载的初始阶段就出现，无法得到曲板真实的剪切屈曲载荷；DIC方法对屈曲载荷的判断较多的依据设计人员的工程判断，缺少必要的判断准则。

发明内容

发明目的：提供一种机身壁板剪切屈曲载荷的判断方法，以准确判断机身壁板承受剪切载荷时的屈曲载荷。

技术方案：

第一方面，提供了一种机身壁板剪切屈曲载荷的判断方法，包括：

在机身壁板蒙皮上布置蒙皮应变片；

根据蒙皮应变片位置布置长桁应变片，其中蒙皮应变片粘贴方式为花片、长桁应变片粘贴方式为单片；

获取蒙皮应变片和长桁应变片的应变数据曲线，并将蒙皮应变数据曲线存在掉头或拐折的蒙皮应变片位置确定为待定位置；

根据所述待定位置的蒙皮应变曲线和与所述待定位置对应的长桁应变曲线确定所述待定位置是否发生屈曲以及发生屈曲时的屈曲载荷。

进一步地，在机身壁板蒙皮上布置蒙皮应变片，具体为：

根据屈曲波形的数量布置机身壁板蒙皮应变片，蒙皮应变片需背靠背布置于机身内侧和外侧的对应位置。

进一步地，屈曲波的数量为壁板单元格的长宽比，应变片布置在机身壁板单元格中线与长桁与框交点的45度斜线的交点上，以及机身壁板单元格的2N等分点处，同时45度应变片的布置方向应与剪切加载时的壁板蒙皮单元格承受拉伸载荷方向平行，N为屈曲半波的数量。

进一步地，在蒙皮应变片位置截面的长桁上布置长桁应变片。

进一步地，对于Z字形长桁，在立边和内缘均布置长桁应变片。

进一步地，将蒙皮应变数据曲线存在掉头或拐折的蒙皮应变片位置确定为待定位置，之前还包括：

对蒙皮内外应变片的应变曲线进行对比，根据理论数据剔除因为蒙皮初始缺陷带来的柺折应变点。

进一步地，根据所述待定位置的蒙皮应变曲线和与所述待定位置对应的长桁应变曲线确定所述待定位置是否发生屈曲以及发生屈曲时的屈曲载荷，具体为：

根据所述待定位置的蒙皮应变曲线确定发生屈曲的载荷区间；

计算所述待定位置的长桁应变曲线在所述载荷区间内的曲线斜率；

根据曲线斜率确定所述待定位置是否发生屈曲。

进一步地，在长桁立边或内缘应变片的应变数据的曲线斜率发生急剧增加的情况下，确定该长桁应变片对应的蒙皮发生屈曲，并将长桁立边或内缘应变片的应变数据的曲线斜率发生急剧增加的点对应的载荷确定为屈曲载荷。

有益效果：

本发明以机身壁板在剪切载荷下屈曲的物理现象为依据，通过试验的微观测量和宏观测量，蒙皮失稳后结构的非线性传载分配分析，给出了可以准确的判断机身壁板的剪切屈曲载荷的方法。

附图说明

图1是机身壁板单元；

图2是机身壁板蒙皮失稳波形(a/b＝3)；

图3是机身壁板蒙皮贴片布置参考(a/b＝3)；

图4机身壁板长桁贴片布置参考(a/b＝3)；

图5为蒙皮初始屈曲载荷参考点。

具体实施方式

本专利设计通过多项试验数据准确分析了多种载荷工况、多种结构形式下，机身壁板的试验数据变化历程，从中得到了飞机设计可参考的蒙皮剪切屈曲载荷判断方法，可以指导机身壁板详细设计、并用于运输类飞机研发试验和验证试验监控。

一种机身壁板承受剪切载荷时的屈曲载荷的判断方法，需要利用到应变检测软件，包括以下步骤：

步骤一、计算机身壁板单元格的尺寸，通过壁板单元格的长宽比(a/b)判断产生屈曲波形的数量N；

步骤二、根据屈曲波形的数量布置机身壁板蒙皮的应变片。蒙皮应变片粘贴方式为花片、长桁应变片粘贴方式为单片。(即对应0度45度和90度三个方向)

在机身壁板单元格内长桁与框交点的45度斜线的中点布置应变片，以及在机身壁板单元格的2N等分点处布置应变片，且蒙皮应变片需背靠背布置于机身内侧和外侧的对应位置；

在靠近45度斜线中点的2N等分点处不必再布置应变片。

按照此方法布置应变片，不仅可以最为宏观也可以最为细节的观察蒙皮格子的失稳现象，且蒙皮测量的应变数据数据最为灵敏。

步骤三、根据蒙皮上应变片的布置位置在长桁对应截面位置布置应变片，；对于Z字形长桁长桁应变片在立边和内缘都进行布置；

步骤四、测量所研究的机身蒙皮试验数据的应变曲线，挑选出蒙皮应变数据发生掉头或拐折的应变测点对应的单元格以及在该单元格中的位置，

对内外应变片的应变曲线进行对比，根据理论数据剔除因为蒙皮初始缺陷带来的柺折应变；

步骤五、根据所选择的蒙皮应变测点，找出对应长桁(左右侧均可)位置的应变片，以蒙皮试验数据掉头或急剧柺折的附近载荷级数数据进行分析，观察长桁应变随载荷级数的变化，对长桁载荷的斜率进行分析，以长桁立边和内缘布置的所有应变片的应变数据斜率发生急剧增加的点作为壁板蒙皮屈曲的载荷。

下面结合附图详细说明。

请参阅图1至图5。

一种机身壁板承受剪切载荷时的屈曲载荷的判断方法，利用到商业应变检测软件，包括以下步骤：

步骤一、计算机身壁板单元格的尺寸，通过如图1所示壁板单元格的长宽比N(a/b)判断产生屈曲波形的数量N，以N＝3为例，如图2所示，应变测点布置于2*N等分点；

其中，a为壁板单元格的的长度，即框间距；b为加载边的宽度，即长桁间距。

步骤二、根据屈曲波形的数量布置机身壁板蒙皮的应变片，以N＝3为例，花片布置于1/6等分点、3/6等分点、5/6等分点，如图3所示；

此时等分点和45度线的交点一致，当交点不重合时需要先按照45度线与中线的交点位置布置，之后视等分点的与45度线交点的距离布置应变片，

步骤三、根据蒙皮应变花片的布置位置在长桁对应截面布置应变单片，且长桁应变单片需在长桁立边和内缘都进行布置，如图4所示；

步骤四、观察所研究的机身蒙皮试验数据的应变曲线，挑选出蒙皮应变数据发生掉头或拐折的应变测点，需要注意的是，挑选数据时应根据理论数据剔除因为蒙皮初始缺陷带来的拐折应变；

步骤五、根据所选择的蒙皮应变测点，找出对应长桁(左右侧均可)位置的应变片，以蒙皮试验数据急剧拐折的附近载荷级数数据进行分析，观察长桁应变随载荷级数的变化，对长桁载荷的斜率进行分析，以长桁立边和内缘布置的所有应变片的应变数据斜率发生初始突变且变大的点作为壁板蒙皮屈曲的载荷，如图5所示。