Материал: 4 часть

4 Расчет негерметичного отсека

4.1 Подбор толщины обшивки и площади сечения лонжеронов,

выбор типа и определение количества стрингеров.

Заданное расчетное сечение представляет собой цилиндрический отделяемый отсек радиуса , изображенный на рисунке 4.1. Отсек подкреплен шпангоутами с шагом , крайний левый шпангоут служит для его соединения со смежным отсеком.

Считается, что на торцевом сечении отсека действует осевая сила , изгибающий момент и перерезывающая сила .

Рисунок 4.1 – Расчетное сечение

Исходные данные для расчета негерметичного отсека представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные для расчета негерметичного отсека

Целью проектировочного расчёта является подбор размером всех силовых элементов отсека: толщины обшивки ; площади поперечного сечения лонжеронов ; площади поперечного сечения стрингера ; расстояние между промежуточными шпангоутами ; потребное количество стрингеров .

Материал отсека: .

Характеристики материала:

Рассчитаем расчетные значения нагрузок:

Для первого расчетного случая:

Для второго расчетного случая:

Для третьего расчетного случая:

Подбор толщины обшивки производится по следующей формуле:

где – максимальная расчетная перерезывающая сила.

Тогда толщина обшивки будет равна

В соответствии с нормальным рядом толщин принимаем

Для подбора сечения лонжерона необходимо сначала выбрать расчетный случай, в котором возникает наибольшее растяжение лонжеронов. Это можно сделать, основываясь на значении эквивалентной растягивающей осевой силы:

Для первого расчетного случая она будет равная:

Для второго расчетного случая:

Для третьего расчетного случая:

Принимаем

Потребная площадь сечения лонжерона рассчитывается по формуле:

где – количество лонжеронов.

Принимаем площадь сечения лонжерона равной

Подбор потребного количества стрингеров негерметичного отсека проводится на ЭВМ с помощью программы OTCEK.EXE. Результаты расчетов приведены на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 – Результат приближенного расчета с помощью программы OTCEK.EXE

Для стрингеров был принят профиль ПР-102-12

Характеристики выбранного профиля, изображенного на рисунке 4.3 равны:

Рисунок 4.3 – Профиль ПР-102-10

По результатам работы программы принимаем необходимое количество стрингеров

. Тогда расстояние между стрингерами будет равно:

Нормальное и касательное критические напряжения обшивки при их раздельном действии:

Критическое напряжение местной потери устойчивости в предположении о справедливости закона Гука будето равно:

где k =0,385 – коэффициент принимаемы в зависимости от закрепления стенок.

Так как , следует уточнить эти величины.

,

где ,

где

Тогда критическое напряжение при местной потери устойчивости будет равно

При расчете принимаем, что весте со стрингером работает часть прикреплённой к нему обшивки шириной:

Сечение стрингера с присоединенной к нему обшивкой изображено на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 – Сечение стрингера с обшивкой

Геометрические характеристики сечения:

Площадь:

Статический момент относительно оси

Координата центра тяжести с:

Момент инерции относительно оси

Момент инерции относительно оси х:

Критическое напряжение общей потери устойчивости стрингера в предположении о справедливости закона Гука будет равно:

где – коэффициент, определяемы характером закрепления стрингера по концам. На практике чаще всего принимается равным 2, что, как правило, идет в запас прочности;

– количество промежуточных шпангоутов.

Так как , значит

Тогда критическое напряжения стрингера будет равно

4.2. Расчет для наиболее опасного расчетного случая нормальный и касательных напряжений методом последовательных приближений.

Изобразим на рисунке 4.5 в силу симметрии относительно оси y половину поперечного сечения рассматриваемого отсека и пронумеруем все пояса, включая лонжероны.

Рисунок 4.5 – Поперечное сечение негерметичного подкрепленного отсека

Расчет напряжений выполняем методом последовательных напряжений. Вычислим положение нейтральной оси, что необходимо для определения числа поясов, участвующих в работе. Исходя из результатов работы программы OTCEK.EXE

наиболее опасным расчетным случаем принимаем первый.

Величину в нулевом приближении определяется по формуле:

Так как , то все пояса в отсеке работают на сжатие.

Дальнейшие расчеты приведем в табличном виде в таблице 2. Первые 3 столбца заполняем в соответствии с рисунком 4.5. В четвертый столбец заносим площади пояса. учитывая что если пояса находится на оси y, то в силу симметрии в качестве будем брать половину площади его сечения. В нулевом приближении примем редукционный коэффициент

Ширину прикрепленной обшивки для растянутых поясов принимаем равной , для сжатых поясов принимаем В растянутой зоне работают только лонжероны, в сжатой зоне работают все пояса.

Приведенная площадь пояса:

Площадь поперечного сечения будет равна:

Статический момент поперечного отсека относительно оси z равен:

Момент инерции поперечного сечения отсека относительно оси z равен:

Координата центра тяжести поперечного сечения отсека будет равна:

Момент инерции сечения относительно центральной оси, параллельной оси z равен

Приведенной нормальное напряжение в поясах равно: