МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ
(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

«МАИ»

ЛАБОРАТОРНО  ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА
ПО КУРСУ

« КОНСТРУИРОВАНИЕ АГРЕГАТОВ ПЛАНЕРА «

ПАНЕЛЬ

ВЫПОЛНИЛ ДОЦЕНТ КАФЕДРЫ 101 АКИМЕНКО А.А

АПРЕЛЬ 2013.

ОГЛАВЛЕНИЕ

( Последовательность выполнения работы. )

Стр.

1. Задание. 3

2.Выбор материала. 3

3. Расчёт на прочность и устойчивость. 3

4. Определение параметров стрингера с присоединённой обшивкой по критериям местной и общей потере устойчивости при действии сжимающей нагрузки Р. 6

5. Проектирование соединения обшивки с торцевой нервюрой и со стрингером. 9

6. Проектирование соединения панели с промежуточной нервюрой. 13

7. Расчет веса панели. 15

8. Графическое изображение конструкции. 16

9. Технические требования. 18

10. Панель бесстрингерная при равенстве эквивалентной

толщины обшивки( _эквив.). 18

11. Панель трёхслойная с обшивками из углепластика КМУ-4Э,01П. 19

12. Панель трёхслойная с обшивками из высокомодульного углепластика КМУ-7Л ( ЛУ-24П + ВС - 2526К ), = 21500 кгс/мм². 23

13. Весовой анализ различных конструкций панели с учетом нервюр. 29

14. Выводы. 30

Список используемой литературы. 30

1. Задание.

Спроектировать плоскую несъемную стрингерную панель, находящуюся под действием сжимающей (q_сж) и сдвигающей (q_τ) погонных нагрузок. Сечение стрингера в виде прессованного уголка ┐.Температура эксплуатации от -60 до +93 С^о.

Габариты панели.

Значения q_σ и q_τ – расчетные значения.

2.Выбор материала.

Исходя из того, что:

• Панель воспринимает сжимающую нагрузку;

• t^эксп.=-60+93⁰С

Из [3], стр.477 выбираем материал В95. Для листа этот материал обладает следующими характеристиками: σ_в=58кгс/мм², σ_0,2=46кгс/мм², Е=7200кгс/мм², G=2800 кгс/мм², τ_в=0,6 σ_в=0,6*58=34,8кгс/мм². По [5], стр.418 τ_0,2=0,5 σ_0,2=0,5*46=23 кгс/мм². Удельный вес γ=2,78 г/см³.

---

3. Расчёт на прочность и устойчивость.

В соответствии с [2], стр.158, формула(7.3) при одновременном действии q_σ и q_τ при условии возможной потери устойчивости обшивки должно соблюдаться условие:

3.1. Выбор клетки ( а ) и ( в ).

На практике наиболее распространенные расстояния между нервюрами (шпангоутами) ( а ) и стрингерами ( в ) 500х100 мм соответственно. Примем эти же расстояния и при проектировании панели, т.е.

3.2. Определение толщины обшивки (δ_обш ).

Исходя из того, что сдвиг воспринимает только обшивка, определим δ_обш по критерию критического напряжения сдвига, при котором она теряет устойчивость по формуле [5], стр.418

Значение коэффициента k определим по [5] , стр.418, график IV.11 сходя из того, что:

 отношение b/a=100/500=0.2;

 условие опирания клетки см.на рисунке - K=8,4.

Для осуществления защемления необходимо применение 2-х рядного заклепочного шва в месте соединения обшивки со стрингером, т.е. применить стрингер с полкой 30 мм, а именно:

Примем диаметр заклепок d_з =4,0 мм

Таким образом геометрия конструкции будет:

B = 90мм - определено в соответствии с [5], стр.524,фиг.V.74

Определяем δ_обш.

Вариант №1.

Так как , этот вариант не подходит.

Вариант №2.

В соответствии с п.3 на отношение остается 1,0-0,6 = 0,4.

Этого не достаточно.

Вариант №3.

Остановимся на варианте №3.

4. Определение параметров стрингера с присоединённой обшивкой по критериям местной и общей потере устойчивости при действии сжимающей нагрузки Р.

4.1. Р = q_σ*t = 70*100 =7000 кгс.

4.2. Стрингер воспринимает сжимающую нагрузку вместе с присоединенной обшивкой

В соответствии [2], стр.167, раздел 7.5.1 размер присоединенной к стрингеру обшивки равен 30δ_обш =30*1,5 = 45 мм. Таким образом имеем конструкцию:

При местной потере устойчивости плоской стенки стрингера по [4], стр.65, формула (2.6):

k= 0.45 – коэффициент, учитывающий опорные условия стенки со свободным краем.

При общей потере устойчивости всего сечения по [4],стр.63, формула (2.2):

Е-модуль упругости материала, l- длина стержня, l = а =500 мм,

J и F- момент инерции и площадь сечения с присоединённой обшивкой соответственно.

Для определения и необходимо определить F и J.

Представим сечение в виде элементарных составляющих 1, 2, 3.

Суммарная площадь сечения

1. Зададим осью х-х.

2. Определим y - положение оси х_о-х_о , на которой находится центр тяжести всего сечения по формуле: y , где статический момент сечения относительно

оси х-х.

соответственно

3. Определим всего сечения относительно оси х₀-х₀.

х₀ – х_{0 .}

4. Определим и при этом и отношение должно быть ≤ 0,84, т.к. , а последнее слагаемое равно 0,16 (см.п. 3).

Определять вышеизложенные параметры необходимо задаваясь значениями Параметры нам известны.

В результате рассмотрения 4-х вариантов сочетания указанных параметров получено:

Для этого сечения имеем:

---

Запас по местной потере устойчивости  = = 1,48.

Запас по общей потере устойчивости  = = 1,29.

Вывод: Данное сечение отвечает требования прочности и устойчивости при совместном действии q_σ=70 кгс/мм и q_τ=10 кгс/мм ( в соответствии с заданием), при этом шаг стрингеров должен быть 100 мм, шаг нервюр (шпангоутов) 500 мм , соединение стрингера с обшивкой заклепками потайными диаметром 4 мм, двухрядный шов ( см.п.4.)

5. Проектирование соединения обшивки с торцевой нервюрой и со стрингером.

Вариант №1-панель несъемная, для постановки крепежных элементов имеются подходы со всех сторон.

Для данного варианта в качестве крепежного элемента, соединяющим обшивку с торцевой нервюрой и со стрингером, выбираем заклепку. Заклепка создает натяг в отверстии, что положительно сказывается на ресурсе. Кроме этого, по [3], стр.239 для заклепочного соединения допустимое напряжение смятия в листе можно принять , где для обшивки σ_в = 58кгс/мм² т.е.

При этом расчетная разрушающая нагрузка смятия листа (Р_см) из В95, толщиной (δ) 1,5 мм и диаметре заклепки (d_закл) 4мм равна:

.

По [3], стр.497 Р_см=540 кгс. Примем Р_см=540 кгс.

Обозначения:

На Рис. 1. а) показано сечение, для которого: d_закл – диаметр заклепки; d_з.г. – диаметр закладной головки заклепки; h _з.г. – высота закладной головки потайной заклепки; δ_обш – толщина обшивки; t – шаг постановки заклепок; l- длина, на которой обшивка может потерять устойчивость.

.В соответствии с формулой [4], (2,4), и Рис.2.6, стр.64 : где i² = ;  = t – d;

равном напряжению в стрингере , в том случае, когда она не теряет устойчивость в пролётах между заклёпками вдоль стрингера.

Формула ( 1 ) -это формула Эйлера, которая имеет вид:

.

В (1) С=1, т.е. принято, что опирание шарнирное, а упругая линия для размера  имеет вид, изображённый на рисунке.

Предлагается рассматривать, что :

 потеря устойчивости обшивки между заклепками может произойти при следующих условиях:

• при длине l' ( из-за влияния головки заклёпки );

• С =1,4 – полузащемление.( чистого шарнира быть не может )

5.1 В качестве крепежного элемента для соединения панели с торцевой нервюрой выбираем заклепку диаметром (d_закл) 4мм с потайной головкой 120° по ОСТ1 34097-80 из материала 12Х18Н9Т. Для данной заклепки: d_закл=4мм, d_з.г.=7,8мм, h _з.г.=1,3мм

5.2. Проектирование соединения панели с торцевой нервюрой.

В данной зоне:  отсутствует потеря устойчивости;  одновременно действуют нормальные (σ) и касательные (τ) напряжения.

Определим действующие напряжения σ и τ при δ_обш=1,5 мм.

По [2], стр.157, формула (7.2)определим σ_экв:

σ_экв

На Рис. 1. б)показана расстановка заклепок.

Рассмотрим выделенный элемент шириной 20мм и определим нагрузку на одну заклепку (Р_1закл).

σ_экв ( см. п. 5.1. )

Проверим шаг между заклепками (t) исходя из того, чтобы обшивка не потеряла устойчивость между ними при действии σ_экв по формуле:

( при С = 1.0 )

Шаг заклепок:

---

Таким образом:

Вывод: Шаг заклепок t=20мм, соединяющих панель с торцевой нервюрой, удовлетворяет требованиям прочности по срезу заклепок (ɳ=1,137), по смятию листа (ɳ=1,113) и по устойчивости обшивки между заклепками.

5.3.Проектирование соединения стрингера с обшивкой.

Определим шаг между заклепками (t), соединяющих стрингер с обшивкой, исходя из того, чтобы обшивка между заклепками не потеряла устойчивость при действии σ_{действ.} = 27,32 кгс/мм² (аналогично п.4.2.):

( при С = 1,0 )

В данном соединении применим заклепки с потайной головкой 120° по ОСТ1 34101-80 ( нормаль 3550А) из материала Д19Т с τ_ср=28 кгс/мм², d_закл=4мм, d_з.г.=7,8мм, h _з.г.=1,3мм

Сила, действующая от q_τ на 1 заклепку при t = 24мм:

Запасы:

Выводы:

1. Соединение стрингера с обшивкой удовлетворяет требованиям прочности и устойчивости.

2. Данный вид соединения применим и к соединению панели с лонжеронами.

6. Проектирование соединения панели с промежуточной нервюрой.

Конструкция изображена на Рис. 2.

В данной конструкции только стенка стрингера соединена с нервюрой одной заклепкой при помощи уголка. Этот вид конструкции можно осуществить только в том случае, если имеется подход к установке крепежных элементов со всех сторон. Если же для соединения стрингера с нервюрой имеется подход только с наружной стороны, то конструкция данного места должна быть другой, а именно – необходимо осуществить соединение полки стрингера с нервюрой, применив: или крепеж для одностороннего подхода, или анкерную гайку. Таким образом конструкция данного места зависит от технологии его изготовления.

Ниже изображен общий вид панели.

7. Расчет веса панели.

В данной конструкции все детали из алюминиевых сплавов с удельным весом γ=2,78 г/см³.

Вес обшивки.

Габариты обшивки: длина 1500мм, ширина 1000мм, толщина 1,5мм.

Вес стрингеров (9шт). Геометрия стрингера представлена ниже.

Площадь стрингера: .

Длина стрингера 1500мм.

Вес всех стрингеров:

Вес промежуточных нервюр (2 шт). Геометрия промежуточных нервюр представлена ниже.

Площадь сечения нервюры.

Длина нервюры 1000мм.

Вес всех нервюр

.

Суммарный вес панели:

Из них :

.

Вес 1 м²=16,190/1,5=10,746кг.

8. Графическое изображение конструкции.

Ниже представлена конструкция, созданная по результатам проектировочных расчётов, изложенных выше.

9. Технические требования. ( по  6  ).

1. Для деталей Б.Ч.

а) для деталей из В95 58 ; для деталей из Д16 42 ;

б) изготавливать по шаблону;

в) шероховатость обрабатываемых поверхностей R_z 40;

г) покрытие: для обшивки – Ан. Окс. 6-9 упл.( снаружи лак АК- внутри Гр. ФЛ-086 ); для деталей внутреннего набора - Ан. Окс. 6-9. хр / Гр. ФЛ-086.

д) маркировать Ч_к шрифтом ПО-3 ГОСТ 2930-62, клеймить К_к.

2. Неуказанные предельные отклонения по ОСТ1 00022 – 80.

3. Установку заклепок производить по ПИ 249-78 НИАТ , клёпка – прессовая.

---

4. Отверстия под заклёпки с шероховатостью поверхности не ниже R_z 40;

5. Шероховатость поверхности зенкованных гнёзд должна быть не ниже R_z 20. Контроль отсутствия огранки производить по утвержденным эталонам.

6. Снять фаски 0,4 х 45⁰ по всем окончательно обработанным отверстиям. Фаски выполнять инструментом с ограничителем, размеры фасок не контролировать.

7. Установку заклёпок производить на грунтовке ФЛ- 086 ГОСТ 16392- 79.

7. На заклёпочные соединения с внутренней стороны нанести слой грунта АК – 069 ГОСТ 25718 – 83 с 1,5% алюминиевой пудры.

8. ) Маркировать Ч_к шрифтом ПО-3 ГОСТ 2930-62, клеймить К_к.

10. Панель бесстрингерная при равенстве эквивалентной толщины обшивки( _эквив.).

10.1. Определение эквивалентной толщины обшивки для панели стрингерной, у которой суммарный вес равен 16,190кг., площадь 1,5м².

Исходя из того, что для алюминиевых сплавов при удельном весе 2,78г/ см³ вес 1м² при толщине 1мм равен 2.78 кг , а при 1,5м²вес равен 2,78 х 1,5 = 4,17кг, эквивалентная толщина _эквив= 16,190/ 4,17 = 3,88мм.

10.2. Определение расстояния между нервюрами ( ) при условии, что толщина обшивки равна _эквив= =3,88мм. и что  σ_{действ.} σ_{действ.} Примем

( при С = 1,0 ). При данном количество нервюр должно быть 1500мм / 66,6 – 1 = 22,5 – 1 = 21,5 = 22нервюры.

10.3. Определение τ_{действ.} и τ_{критич.} τ_{действ.} b 66,6/ 1000= 0,07 τ_{критич.} = = 117,3  τ_0,2 = 0,5σ_0,2 = 0,5*46 = 23 кгс/мм²; τ_в=0,6 σ_в=0,6*58=34,8кгс/мм²

Так как , определяем по [2], (7.8), стр. 160

10.4. Предположим, что каждая нервюра в 2раза легче, чем у панели стрингерной , т.е.весит 0,695кг., а 22 нервюры весят 15,290кг. Суммарный вес бесстрингерной панели равен 16,190 +15,290 = 31, 480кг. т.е. в 1,94раза тяжелее, чем панель стрингерная.

Вывод: стрингерная панель легче бесстрингерной.

11. Панель трёхслойная с обшивками из углепластика КМУ-4Э,01П. [9].

1. При применении углепластика введём дополнительный коэффициент безопасности _доп.= 1,25, при этом расчетные нагрузки будут: q_σ = 70 х 1,25= 87,5 кгс/мм ; q_τ = 10 х 1,25 = 12,5кгс/мм.

2. Углепластик КМУ-4Э,01П при температуре 20⁰С имеет следующие характеристики:

 предел прочности при растяжении вдоль направления 0⁰ ( вдоль основы ) = 90 кгс/мм²;

 модуль упругости при растяжении вдоль направления 0⁰ = 12000 кгс/мм²;

 предел прочности при сжатии вдоль направления 0⁰ ( вдоль основы ) = 90 кгс/мм²;

 предел прочности при сдвиге = 8,0 кгс/мм²;

 предел прочности при сдвиге = 29,0 кгс/мм²;

 коэффициент Пуассона _0,90 = 0,265 ( для однонаправленного слоя );

 толщина одного слоя ( монослоя ) ₁ = 0,125мм.

 удельный вес γ=1,5 г/см³.

3. Направление 0⁰ для основы соответствует направлению действия нагрузки q_σ , а направление для основы ⁰ соответствует направлению действия нагрузки q_τ. Исходя из этого, определим необходимую толщину КМУ для восприятия q_σ и q_τ , имея ввиду то , что панель работает па сжатие.

Итак : = = = 0,97мм. Количество слоёв с ориентацией 0⁰ будет : n⁰ = = = 7,76. Примем n⁰ = 8 слоёв.

---

Смотрите также файлы

• ПАНЕЛЬ 22-1-13 АКИМЕНКО-1.docx

• Самолёты БИЗНЕС- КЛАССА.docx

• Системы менеджмента качества в авиастроении России.docx

• титульник.docx

• Moment tlumienia.doc