[发明专利]承受反对称集中载荷的圆拱形加强框结构参数确定方法

说明书

本发明公开了一种承受反对称集中载荷的圆拱形加强框结构参数确定方法，包括：建立圆拱形加强框的数学模型，在圆拱形加强框承受反对称集中载荷时，分析圆拱形加强框的受力状态、变形协调条件，其中，所述反对称集中载荷下，在支持端面上将产生顺时针或逆时针方向的弯矩；确定圆拱形加强框任意剖面的弯矩、剪力的表达式；基于得到的圆拱形加强框任意剖面剪力表达式，根据加强框任意剖面对应的转角，确定所述加强框任意剖面腹板厚度，并确定加强框任意剖面框缘条面积。本发明克服了传统方法由于未考虑支持端面处的弯矩，而使得边界条件模拟不够精确，影响结构参数优化设计的精准度的问题。

技术领域

本发明涉及结构强度设计领域，具体涉及一种圆拱形机身加强框承受反对称集中载荷时结构参数确定方法。

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设计人员提前介入，通常在不具备全机有限元应力求解的条件下，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组件，是影响飞行安全和使用寿命的关键环节，亦是后体主结构参数优化与强度设计的重点和难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种圆拱形机身加强框承受反对称集中载荷时结构参数确定方法，用以克服传统方法由于未考虑支持端面处的弯矩，而使得边界条件模拟不够精确，影响结构参数优化设计的精准度的问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种承受反对称集中载荷的圆拱形加强框结构参数确定方法，包括：

建立圆拱形加强框的数学模型，在圆拱形加强框承受反对称集中载荷时，分析圆拱形加强框的受力状态、变形协调条件，其中：

所述反对称集中载荷为在机身与尾翼连接交点处向加强框顶部施加的垂向集中反对称载荷，以加强框垂向轴线为对称面，两侧的连接点各承受T/2的反对称集中载荷；在承受反对称集中载荷时，圆拱形加强框的中点记为O，O点与对称面一侧承受载荷处的点的连线，与所述对称面之间的夹角记为α，加强框的半径记为R，两侧支持面的中点分别与O点的连线之间的夹角为大开口角，记为2β；记对称面沿顺时针方向的转角为θ，则θ的范围为[0，π-β]；所述支持端面A和B上将产生顺时针或逆时针方向的弯矩M_A、M_B，并在支持端面上产生垂向的约束反力R_A、R_B以及水平方向的约束反力H_A、H_B；

确定圆拱形加强框任意剖面的弯矩、剪力的表达式；

基于得到的圆拱形加强框任意剖面剪力表达式，根据加强框任意剖面对应的转角θ，确定所述加强框任意剖面腹板厚度，并确定加强框任意剖面框缘条面积。

进一步地，所述确定圆拱形加强框任意剖面的弯矩、剪力的表达式，包括：

在0≤θ≤α、α≤θ≤π-β时，在考虑支持端面上产生弯矩的前提下，分别建立对应的弯矩方程；

建立弯矩对支持端面B处所产生弯矩M_B的偏导，利用结构的对称性，综合变形协调条件可建立B支持端面处关于弯矩M_B的方程，包括支持端面B处的转角方程；

求解所述转角方程，得到支持端面B处弯矩M_B；