[发明专利]一种承受反对称集中载荷的圆拱形加强框参数设计方法

说明书

本发明属于飞机结构强度设计领域，具体涉及一种承受反对称集中载荷的圆拱形加强框参数设计方法。为圆拱形机身加强框结构参数优化设计奠定理论基础，大幅提高了圆拱形机身加强框结构参数设计效率，牢牢把握了关键连接区结构设计和优化方向，同时弥补了有限元分析方法对于结构参数有限试凑、局部调整耗时、费力、局限等客观不足。

技术领域

本发明属于飞机结构强度设计领域,具体涉及一种承受反对称集中载荷的圆拱形加强框参数设计方法。

背景技术

现代飞机设计中，关键连接区方案设计、结构布置、参数优化等需要强度人员提前介入，通常在不具备全机有限元求解的条件下，依据初步载荷或同类机型载荷，主动设计连接区典型结构的初步参数，以减少迭代步骤、提高设计效率，进而把握关键连接区结构设计和优化方向。

国、内外大型运输类飞机，通常在后机身设置大型货舱门，以满足大型货物装载、重型装备运输，以及空投空降等任务需求，这使得完整的圆筒形机身结构被打断，形成所谓后体大开口结构。因此，后体大开口区域机身框需设计为圆拱形，其中尾翼连接框是承受和传递尾翼集中载荷的重要部件，是影响飞行安全和使用寿命的关键环节，是后体结构强度设计的重点和难点。本发明综合运用能量法、卡氏定理，推导出圆拱形机身加强框承受反对称集中载荷状态时，任意剖面弯矩、剪力等内力方程，建立了外载→内力→剖面强度主动设计流程，实现了后体大开口区域机身加强框结构参数的初步优化设计，大幅提高了圆拱形机身加强框结构参数设计效率，并最终成功应用于型号研制中。此外，本发明弥补了有限元分析方法对于结构参数有限试凑、局部调整耗时、费力、局限等客观不足，对于实现飞机结构优化设计具有重要的技术推动作用。

发明内容

发明目的：提出一种承受反对称集中载荷的圆拱形加强框参数设计方法，以弥补了有限元分析方法对于结构参数有限试凑、局部调整耗时、费力、局限等客观不足。

技术方案：一种承受反对称集中载荷的圆拱形加强框参数设计方法，实现方法如下：

第一步：根据圆拱形机身加强框任意剖面剪力Q(θ)，设计加强框任意剖面腹板厚度δ：

其中，H表示加强框任意剖面对应的框高度，[τ_cr]表示加强框任意剖面对应的框腹板许用剪应力。

第二步：根据圆拱形机身加强框任意剖面弯矩M(θ)、框腹板厚度δ，设计加强框任意剖面框缘条面积A：

其中，[σ_cr]表示加强框任意剖面对应的框缘条许用应力。

步骤一、二中加强框任意剖面弯矩M(θ)、剖面剪力Q(θ)采用能量法求解。具体求解方法为：

首先由静力平衡方程可求得：

依据结构力学对称性原理，在对称结构上作用反对称载荷时，结构对称截面上的对称内力为0，即：

N_C＝0 M_C＝0

则A、B支座处的水平反力：

H_A＝H_B＝0

则圆拱形机身加强框任意剖面弯矩方程表示如下：

当0≤θ≤α时：

当α≤θ≤π-β时：

则圆拱形机身加强框任意剖面剪力方程表示如下：

当0≤θα时：