Расчёт разъёмных соединений консоли крыла с центропланом или фюзеляжем

Лекция № 14. (продолжение).

Глава 9. Расчёт разъёмных соединений консоли крыла с центропланом или

               фюзеляжем.

Разъёмы консоли крыла с центропланом или фюзеляжем конструктивно выполняются различным образом. Это соединение может быть осуществлено при помощи трёх или четырёх узлов (точек), по всему контуру и т.д.

Рассмотрим определение внешних нагрузок, действующих на разъёмные соединения.

9.1. Расчёт разъёмных соединений в кессонном крыле.

В кессонных крыльях разъёмные соединения выполняются, как правило, по всему контуру при помощи установки сильных угольников (рис. 9.1). Это соединение весьма распространено, так как обеспечивает равномерную работу обшивки и продольных силовых элементов (стрингеров) крыла при передаче внешних нагрузок с консоли на центроплан: перерезывающей силы, изгибающего и крутящего моментов.

Прочность угольников и соединительных болтов необходимо проверить на все три вида нагрузок. Основная нагрузка для болтов и угольников – нагрузка от изгибающего момента ( в растянутой зоне крыла болты работают на отрыв). Что же касается касательных усилий от перерезывающей силы и крутящего момента, то они получаются в болтах незначительными.

Определение усилий от действия изгибающего момента.  Напряжение растяжения в любой точке на контуре в сечении разъёма при  изгибе крыла может быть определено по известной формуле

.                                             (9.1)

При расчёте допускаем, что напряжение в обшивке σ постоянно между двумя болтами и сосредоточенные нагрузки от стрингеров можно заменить равномерной нагрузкой. Нагрузка на один болт определится по формуле

,                                                       (9.2)

где  - осреднённая толщина обшивки с учётом всех продольных элементов кессона;  δ₀ – толщина обшивки; п – количество продольных силовых элементов кессона (стрингеров); F_стр -  площадь поперечного сечения стрингера; s_к  - длина контура сечения разъёма; у_i – текущая ордината в сечении разъёма; у₀ – ордината центра тяжести сечения; l – расстояние между двумя соседними болтами.

Определение усилий от действия перерезывающей силы. При расчёте принимаем, что в кессонном крыле перерезывающая сила в основном передаётся стенками кессона и нагружает болты, соединяющие стенки кессона с бортовой нервюрой. В этом случае касательные напряжения для любого болта от перерезывающих сил Q_п и Q_з можно определить по следующим формулам:

для  переднего лонжерона

 ;                                 (9.3)

для  заднего лонжерона

,                                     (9.4)

где Q_П  иQ_З – перерезывающие силы, воспринимаемые передней и задней стенками кессона; п_п  и п_з – количество болтов соответственно в передней и задней стенках кессона; d_п иd_з – диаметр болтов в передней и задней стенках кессона.

Определение усилий от действия крутящего момента.  Касательные напряжения для любогоi  - го болта от действия крутящего момента можно определить по формуле

,                                     (9.5)

где F_б –  площадь поперечного сечения болта;   М_кр – крутящий момент в сечении разъёма; r_i – расстояние от i – го  болта до общего центра жесткости соединения. Приближённо можно принимать значение r_i до центра тяжести системы болтов.

Касательные напряжения τ_Q и τ_Мкр должны быть геометрически просуммированы.

Центр тяжести болтового соединения можно определить по формулам

;     ,                   (9.6)

                                                                    где F_i – площадь поперечного сечения i – го болта;  y_i ,  x_i – текущие координаты;  п – количество болтов в соединении; S_ix ,S_iy – статические моменты болтового соединения относительно соответственно оси х и  у.

Если в соединении поставлены болты из разных материалов, то нужно площади их поперечных сечений привести к одному материалу. Следует заметить, что при расчёте болтов от срезающих усилий Q  иM_кр в зависимости от их конструкции иногда нужно учитывать и изгиб болтов, например, в случае зазора между соединяющими плоскостями.

Если оси болтов приблизительно совпадают с линиями действия растягивающих и сжимающих сил в соответствующих зонах крыла (рис. 9.2), то в этом случае усилия, приходящиеся на болт, определяются по формуле (9.2).  Если же оси стыковочных болтов не совпадают с линиями действия сил (рис. 9.3), то стыковочные болты будут нагружаться несколько большими усилиями по сравнению с усилиями, определяемыми по формуле (9.2). При этом растягивающее усилие N_р, действующее по любому элементу обшивки, будет стремиться повернуть стыковочный угольник относительно оси x, проходящей через точку О (см. рис. 9.3).

Растягивающее усилие, действующее на один болт, можно определить по формуле

.                                      (9.7)

Стыковочный угольник нужно также проверить на прочность. На рис. 9.3 показана эпюра изгибающих моментов по высоте этого угольника.

Выше было рассмотрено определение усилий на разъёмные соединения от вертикальных внешних нагрузок, действующих в горизонтальной плоскости ( в плоскости крыла).

Усилие на болт от действия изгибающего момента М_гор. Под действием М_гор  в болте возникает усилие, определяемое по формуле

,                                        (9.8)

где п – количество болтов; r_i – расстояние от i – го болта до центра жесткости соединения.

Усилие на болт от действия перерезывающей силы Q_гор. Перерезывающая сила Q_гор   будет передаваться только болтами, соединяющими обшивку. В этом случае усилие на болт определится по формуле

,                                                 (9.9)

где п – количество болтов, соединяющих только обшивку с нервюрой крыла.

Усилия на болты от действия крутящего момента М_кр. Усилия, действующие на болты от крутящего момента, могут быть весьма значительными, особенно тогда, когда винтомоторная группа вынесена относительно крыла. В последнем случае усилие от крутящего момента можно определить по формуле (9.8), где вместо изгибающего момента М_гор нужно подставить крутящий момент М_кр.

При окончательном поверочном расчёте болтовых соединений в кессонном крыле нужно все нагрузки, действующие в вертикальной и горизонтальной плоскостях, просуммировать геометрически.