Материал: Погорелов В.И.-Прочность и устойчивость тонкостенных конструкций

Задаваясь различными значениями σкр , находим то, при ко-

тремума для функции m(σкр ).

7.8. Гофрированный отсек

Рассмотрим отсек, в котором гладкая обшивка подкреплена гофром и промежуточными шпангоутами (рис. 48). Гофрированный лист металла может располагаться на внутренней поверхности обшивки или между двумя обшивками, которые соединяются с ним сваркой, пайкой или склеиванием.

Рис. 48. Формы гофра

Возможно также дополнительное подкрепление внутренней обшивки стрингерами, что еще более увеличивает эффективность конструкции отсека.

Рассмотрим проектировочный расчет гофрированного отсека с одной гладкой внешней обшивкой, подкрепленной шпангоутами и круглым гофром [27].

Напряжения в отсеке, возникающие в поперечных сечениях под действием осевой сжимающей силы Np, равны:

109

где Fг – площадь гофра; t=4r – расстояние между точками крепления гофра; r – радиус гофра.

Критическая осевая сила общей потери устойчивости

где k=0,3 – коэффициент; J∑ – момент инерции гофра и примы-

линдрическая жесткость обшивки.

Критические напряжения потери устойчивости стержня, состоящего из участка гофра и обшивки, определяются по формуле Эйлера:

J∑ = Jг +tδ3 12 +tδ(yм + δ 2)2 , где момент инерции сечения гоф-

ра Jг = πr3h + 2πrh[yм − r]2 .

Для элементов отсека типична местная потеря устойчивости самого гофра, как оболочки средней длины с критическими напряжениями

где рекомендуется принимать kг = 0,3, и участка обшивки шириной t между местами ее крепления к гофру как пластинки с шарнирным закреплением ее краев:

Опять предположим, что отсек равноустойчивы и все критические напряжения одинаковы и равны σкр. Для гофрирован-

110

ных отсеков σкр ~ (0,7 −0,8)σ0,2 . Тогда из (7.31)

Теперь, подставляя h в (7.34), находим толщину обшивки, а в (7.33) – радиус гофра.

Расстояние меду шпангоутами

а площадь шпангоута из (7.30)

111

Далее, повторяя вычисления в указанном выше порядке при различных значениях σкр, находим минимум массы отсека:

m = 2πRρL δ+ Fг + Fшп4r l

и соответствующие проектные размеры.

7.9. Вафельный отсек

Этот отсек можно рассматривать как предельный случай стрингерного, в котором сечения стрингеров и шпангоутов прямоугольной или тавровой формы составляют единое целое с обшивкой. Вафельные отсеки менее чувствительны к начальным геометрическим несовершенствам по сравнению с гладкими и поэтому имеют хорошие массовые характеристики.

Вафельные обечайки изготавливают следующими способами: механическим фрезерованием; электроимпульсным фрезерованием; химическим фрезерованием (травлением); штамповкой.

Наиболее точные, но и более трудоемкие оболочки получаются при механическом фрезеровании. При этом используется продольно-кольцевое (рис. 49,а), перекрестное (б) или перекрест- но-кольцевое расположение ребер (в). На рис. 50 показаны формы наиболее распространенных сечений ребер, применяемых в вафельных отсеках. Экспериментально установлено [18],

Рис. 49. Расположение ребер в вафельном отсеке

Рис. 50. Формы сечений ребер

112

что местная потеря устойчивости ребер малотипична для вафельных оболочек. В них в первую очередь происходит выпучивание ячейки обшивки между ребрами, а затем общая потеря устойчивости всего отсека. Рассмотрим вафельную оболочку с продольно-поперечными ребрами прямоугольного сечения, которая нагружена осевой сжимающей силой (рисОбозначим. 51). через ψ отноше-

(1 −μ2 )≈1. Подставим (7.35) в последнее выражение:

Критические напряжения местной устойчивости панели между ребрами как пластинки с шарнирным закреплением краев равны:

Критические напряжения стрингера как пластинки со свободным краем

113