Под монолитной конструкцией панели подразумевают вариант конструкции, когда обшивку и подкрепляющие элементы выполняют зацело из одной заготовки материала.
Монолитные панели из алюминиевых сплавов могут быть изготовлены различными методами: механическая обработка, химическое фрезерование, штамповка, прессованием.
Рассчитываемая панель изготавливается прессованием. Масса монолитных панелей меньше, чем сборных.
Основные преимущества монолитных панелей по сравнению со сборными следующие:
n обшивка сборных панелей соединяется с подкрепляющими элементами заклепками или болтами через отверстия. Эти отверстия вызывают уменьшение поперечного сечения; в монолитных панелях таких отверстий немного, благодаря чему снижается масса;
n имеется возможность более рационального распределения материала монолитных панелей по объему;
n в местах соединений отдельных элементов сборных панелей имеются выступы, вмятины, вызывающие ухудшение аэродинамики. Поверхность монолитных панелей в значительной мере лишена этих недостатков.
Расчетная схема. Постановка задачи
Известно, что масса тонкостенных элементов планера самолета, разрушающихся вследствие потери устойчивости, составляет 50 60% общей массы силовой конструкции. Наиболее типичные схемы нагружения следующие:
n сжатие в одном направлении;
n сжатие в двух направлениях;
n сжатие и сдвиг.
К этим нагрузкам часто присоединяются поперечные нагрузки. Величина внешней нагрузки, при которой наступает потеря устойчивости панели, зависит от свойств материала, соотношения геометрических размеров, условий опирания панели.
Это усложняет задачу выбора параметров, обеспечивающих минимальную массу и определение разрушающих напряжений.
Потому, в данной работе выполнено проектирование панели с простым оребрением с использованием графоаналитического метода. Рассмотрены 4 варианта из двух различных материалов с разной приведенной толщиной и выбор оптимального варианта с точки зрения минимума массы.
Задание
Для заданных расстояний между нервюрами и стрингерами и приведенной толщины обшивки определить рациональные параметры панели, имеющую максимальную несущую способность при минимальной массе.
Данные для расчета
1. Материал В95пчТ1; Д16чТ.
2. Приведенная толщина d0=4 мм; 12 мм.
3. Шаг стрингеров b1=110 мм.
4. Шаг нервюр L=600 мм.
Характеристики монолитной панели
На рис.22 представлено сечение панели с простым оребрением, где
b1 - шаг стрингеров;
b2 - высота стрингера;
d1 - толщина обшивки;
d2 - минимальная толщина ребра стрингера.
Рис.22. Поперечное сечение монолитной панели
Соотношения геометрических размеров сечения панели - то безразмерные параметры:
Приведенная толщина панели определяется по формуле:
Для определения рациональных параметров панели вводят понятие коффициента неравноустойчивости Кф:
где s2 - критические напряжения местной формы потери устойчивости.
s0 - критические напряжения общей формы потери устойчивости.
Последовательность расчета
1. Определение геометрических и прочностных параметров оптимальной панели.
1.1 По графикам для заданного материала в зависимости от приведенной толщины d0 и расстояние между нервюрами L определяются:
n разрушающие напряжения sр (1, рис.2а-4а);
n напряжения общей потери устойчивости s0 (1, рис. 2б-4б);
n напряжения местной потери устойчивости s2 (1, рис. 2в-4в).
1.2 По графикам, в зависимости от материала, d0, L определяются размеры оптимальной панели - b1; b2; d1; d2 (1, рис. 2 - 4). Результаты занесены в табл. 1.
2. Наложение на оптимальную панель конструктивно-технологических ограничений. В качестве ограничений выступают минимально-допустимая с точки зрения технологии толщина обшивки d1 и заданное из конструктивных соображений значение шага подкрепляющих ребер b1.
3. Оптимизация панели с учетом наложенных ограничений.
3.1 Определяются новые значения основных проектных параметров d12 и b12: