[发明专利]一种加强型矩形机身大开口结构扭转载荷分配计算方法

权利要求书

1.一种加强型矩形薄壁机身大开口结构扭转载荷分配计算方法，其特征在于，包括：

根据实际加强型机身大开口结构的形状、尺寸，建立加强型机身大开口结构的结构模型，所述结构模型中，对于实际大开口结构两端的加强框，将其简化为以其中一个加强框与大开口连接的模型结构；设定一个约束端面来模拟实际结构大开口结构端部的加强框，大开口结构模型的端面与约束端面重合，将该端面作为固定端，另外一个端面作为加载端；在大开口结构模型的四个角点处，分别取一个集中点来模拟实际的加强梁结构；在所述结构模型中确定坐标轴原点，继而建立坐标系；在加载端对大开口结构模型施加围绕x轴的扭转载荷，从而建立扭转模型；

计算机身大开口结构扭转模型剖面特性相关参数，包括扇性面积、主扇性惯性矩、扇性静距、剖面正应力和剖面剪应力；

在机身大开口结构扭转模型剖面中，基于四个加强梁位置的轴力和弯矩的表达式，分别确定左侧边、右侧边以及顶边的弯矩、轴力和剪力的表达式，由此计算大开口结构扭转载荷分配；

在所述结构模型中确定坐标轴原点，继而建立坐标系，包括：

以大开口结构的对称面为基准，该对称面垂直剖分大开口结构的端面；在对称面与端面的相交线上，取距离大开口结构顶部z_h的点作为O点，z_h的计算公式为：

其中，h表示大开口结构的高度，b表示大开口结构的宽度，δ表示大开口结构的壁厚；F_up表示上部左右两侧的加强梁在模型中的面积，F_down表示下部左右两侧加强梁在模型中的面积；

基于所述原点O，确定以大开口结构长度方向为x轴，高度方向为z轴且指向上，y轴根据右手坐标系法则确定；

所述扇性面积、主扇性惯性矩、扇性静距的计算过程为：

大开口结构模型受到扭转载荷M_t后发生扭转变形；在z轴上确定扭转的扭心位置P，以扭心P为主极点，z轴与大开口结构模型上部的交点K为主零点，剖面上任意一点Q到P的垂直距离为r，定义该垂直距离r从主零点K开始沿剖面轮廓的弧长到Q点的积分为扇性面积A_w；

基于扇性面积A_w，计算大开口模型剖面的主扇性惯性矩I_w；主扇性惯性矩I_w为∫_ΩA_w²dA，其中，dA表示积分微元面积，Ω表示机身大开口剖面区域；将A_w带入前式后，公式如下：

计算大开口结构模型剖面的扇性静距S_w＝∫_ΩA_wdA，其中dA积分微元的面积，Ω表示积分区域，即机身大开口结构剖面的面积。

2.根据权利要求1所述的加强型矩形薄壁机身大开口结构扭转载荷分配计算方法，其特征在于，所述剖面正应力σ_w表达式为：

上式中，A_w为所计算剖面的扇性面积，x表示剖面位置与约束端面的距离，L表示机身大开口模型的长度。

3.根据权利要求1所述的加强型矩形薄壁机身大开口结构扭转载荷分配计算方法，其特征在于，所述剖面剪应力τ_w表达式为：

4.根据权利要求1所述的加强型矩形薄壁机身大开口结构扭转载荷分配计算方法，其特征在于，在机身大开口结构扭转模型剖面中，顶边的弯矩、轴力、剪力的表达式分别为：

顶边的弯矩M_z-up为：

顶边的轴力F_x-up为：

F_x-up＝0

顶边剪力为：

F_z-up＝0。