飛機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)模塊飛機(jī)結(jié)構(gòu)93課件

飛機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)模塊：飛機(jī)結(jié)構(gòu)Knowledge載荷、變形與應(yīng)力知識(shí)點(diǎn)構(gòu)件的變形2.載荷及其分類1.載荷、變形與應(yīng)力強(qiáng)度與剛度內(nèi)力與應(yīng)力4.3.載荷及其分類任何結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件(component)，在工作過程中都會(huì)受到其他物體對(duì)它的作用力(action)，這種作用力通常叫做載荷(外部載荷)。構(gòu)件在載荷作用下，它的支點(diǎn)對(duì)它產(chǎn)生反作用力(reaction)。外力：構(gòu)件承受的載荷和支點(diǎn)的反作用力。結(jié)構(gòu)是由結(jié)構(gòu)元件或構(gòu)件(如桿Rod、梁Beam、板Plate等)通過某些連接方式(如螺接screw、鉚接riveting、焊接welding、膠接bonding等)組合起來的可以承受載荷和傳遞載荷的受力系統(tǒng)。載荷及其分類（Concentratedload）集中載荷是指集中作用于一點(diǎn)上的載荷。集中載荷（Distributedload）作用于一個(gè)面積或長(zhǎng)度上的載荷。如果分布載荷的作用面積相對(duì)較小，可以把它近似看作是集中載荷。分布載荷按作用形式載荷及其分類載荷及其分類(staticload)如果載荷是逐漸加到構(gòu)件上去的，或者載荷加到構(gòu)件上后，它的大小和方向不變或變化很小。靜載荷(dynamicload)如果載荷是突然加到構(gòu)件上去的，或者載荷加到構(gòu)件上后，它的大小和方向（或其一）有顯著變化。動(dòng)載荷按作用性質(zhì)載荷及其分類例如：飛機(jī)停放時(shí)起落架所承受的載荷，就是一種靜載荷千斤頂頂飛機(jī)時(shí)，所承受的載荷是逐漸增大的，它也屬于靜載荷飛機(jī)著陸時(shí)起落架所受到的地面撞擊力，飛機(jī)著陸滑跑因?yàn)榕艿啦黄蕉垢鞑糠殖惺艿牧?，都屬于?dòng)載荷。1.用千斤頂將飛機(jī)逐漸頂起時(shí),千斤頂頂銷作用在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的載荷:集中作用的靜載荷A集中作用的動(dòng)載荷B分布作用的靜載荷C分布作用的動(dòng)載荷D提交單選題1分5.飛機(jī)在不平地面上滑行時(shí),通過起落架接頭作用在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的地面載荷是:集中作用的靜載荷。A集中作用的動(dòng)載荷。B分布作用的靜載荷。C分布作用的動(dòng)載荷。D提交單選題1分構(gòu)件的變形2.載荷及其分類1.載荷、變形與應(yīng)力強(qiáng)度與剛度內(nèi)力與應(yīng)力4.3.構(gòu)件的變形變形：構(gòu)件在載荷作用下，其尺寸和形狀都會(huì)有不同程度的改變，這種尺寸和形狀的改變叫做變形。當(dāng)載荷去掉后即能消失的變形，叫做彈性變形。不能消失的變形則叫做塑性變形(或稱殘余變形)。機(jī)翼彈性變形鐵絲塑性變形構(gòu)件的變形構(gòu)件的變形-拉壓變形拉壓變形實(shí)例：起吊重物的鋼索、活塞桿等。特點(diǎn)：由大小相等、方向相反、作用線與桿件軸線重合的一對(duì)力引起的；表現(xiàn)：桿件的長(zhǎng)度發(fā)生伸長(zhǎng)或縮短。構(gòu)件的變形-彎曲變形彎曲變形特點(diǎn)：由垂直于桿件軸線的橫向力，或由作用于包含桿軸的縱向平面內(nèi)的力偶引起的；實(shí)例：橋式起重機(jī)的大梁、各種心軸以及刀架等。表現(xiàn)：桿件軸線由直線變?yōu)榍€。構(gòu)件的變形-剪切變形實(shí)例：常用的連接件，如鍵、銷釘、螺栓、剪板機(jī)等

特點(diǎn)：由大小相等、方向相反、相互平行的力引起的；表現(xiàn)：受剪桿件的兩部分沿外力作用方向發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。剪切變形構(gòu)件的變形-扭轉(zhuǎn)變形實(shí)例：汽車的傳動(dòng)軸、電機(jī)和水輪機(jī)的主軸等。

特點(diǎn)：由大小相等、方向相反、作用面都垂直于桿軸的兩個(gè)力偶引起的；表現(xiàn)：桿件的任意兩個(gè)橫截面發(fā)生繞軸線的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。構(gòu)件的變形2.載荷及其分類1.載荷、變形與應(yīng)力強(qiáng)度與剛度4.內(nèi)力與應(yīng)力3.內(nèi)力與應(yīng)力內(nèi)力：當(dāng)構(gòu)件受到外力作用而變形時(shí)，材料分子之間的距離發(fā)生變化，這時(shí)，分子之間會(huì)產(chǎn)生一種反抗變形，力圖使分子間的距離恢復(fù)原狀的力，這種力叫做內(nèi)力。同樣，內(nèi)力也有拉伸、壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲內(nèi)力。構(gòu)件受力變形時(shí)所產(chǎn)生的內(nèi)力，可利用截面法求得。內(nèi)力與應(yīng)力應(yīng)力：構(gòu)件在外力作用下，單位橫截面面積上的內(nèi)力叫做應(yīng)力。如果內(nèi)力是均勻分布的，則構(gòu)件任意截面上的應(yīng)力等于截面上的總內(nèi)力除以橫截面積。應(yīng)力分為垂直于所取截面（正應(yīng)力）和平行于所取截面（剪應(yīng)力）。應(yīng)力的基本形式有：拉伸應(yīng)力（tensile）壓縮應(yīng)力(compress)

彎曲應(yīng)力(bending)

剪切應(yīng)力(shear)

扭轉(zhuǎn)應(yīng)力(torque)內(nèi)力與應(yīng)力-彎曲變形梁截面上正應(yīng)力的分布22

機(jī)翼結(jié)構(gòu)橫剖面的內(nèi)力有：剪力、彎矩和扭矩。飛機(jī)在負(fù)過載下，機(jī)翼的上表面受拉，下表面受壓。

機(jī)翼結(jié)構(gòu)橫剖面的內(nèi)力有哪些？飛機(jī)在

負(fù)過載下，機(jī)翼的哪些部位受拉，哪些部位受壓？23中性軸：正應(yīng)力等于零，離中性層越遠(yuǎn)的材料起的作用越大；剪切力在中性軸處最大。飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的“工字梁”就是為了符合這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)的。2425扭矩：使結(jié)構(gòu)件兩個(gè)相距很近的截面發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)錯(cuò)開的變形叫扭轉(zhuǎn)變形。圓面受到扭轉(zhuǎn)時(shí)，相鄰截面之間錯(cuò)動(dòng)而產(chǎn)生剪切變形，且邊緣扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力最大。26飛機(jī)上所受的典型扭矩，且對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響。1.在彎矩作用下,梁的截面上會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力和剪應(yīng)力A壓應(yīng)力和剪應(yīng)力B拉應(yīng)力和壓應(yīng)力C拉應(yīng)力,壓應(yīng)力和剪應(yīng)力D提交單選題1分2、關(guān)于應(yīng)力的說法哪些是正確的?正應(yīng)力是拉應(yīng)力和剪應(yīng)力的統(tǒng)稱。A正應(yīng)力矢量沿截面的法向方向。B正應(yīng)力矢量沿截面的切向方向。C剪應(yīng)力矢量沿截面的切向方向。D提交多選題2分構(gòu)件的變形2.載荷及其分類1.載荷、變形與應(yīng)力內(nèi)力與應(yīng)力強(qiáng)度與剛度4.3.30飛機(jī)結(jié)構(gòu)適航性要求

和結(jié)構(gòu)分類飛機(jī)結(jié)構(gòu)必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，并且要滿足疲勞性能的要求，這樣飛機(jī)結(jié)構(gòu)才能滿足適航條件。剛度與強(qiáng)度31要保證構(gòu)件正常工作，構(gòu)件必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性與其材料的性質(zhì)(materialproperty)

、截面尺寸和形狀(sectionaldimensionandshape)有關(guān)。另外構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度還與使用、維護(hù)的條件(serviceandmaintenanceconditions)有關(guān)。例如，構(gòu)件裝配不當(dāng)，受到劃傷或腐蝕等，強(qiáng)度和剛度就會(huì)減弱。維護(hù)和使用過程中，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的性質(zhì)和受力特點(diǎn)等，注意保持其強(qiáng)度和剛度。剛度與強(qiáng)度32強(qiáng)度和剛度的概念構(gòu)件在外力作用下，抵抗破壞（或斷裂）的能力叫做構(gòu)件的強(qiáng)度。構(gòu)件的強(qiáng)度越大，表示它開始損壞時(shí)所受的載荷越大。飛機(jī)結(jié)構(gòu)必須能夠承受極限載荷至少3秒而不破壞。

全機(jī)靜強(qiáng)度試驗(yàn)構(gòu)件在外力作用下抵抗變形的能力稱為構(gòu)件的剛度。構(gòu)件的剛度越大，在一定的載荷作用下產(chǎn)生的變形越小。飛機(jī)結(jié)構(gòu)件可能發(fā)生變形的情況？33構(gòu)件在外力作用下保持其原有平衡形式的能力稱為構(gòu)件的穩(wěn)定性。

1)細(xì)長(zhǎng)桿和薄壁結(jié)構(gòu)受壓后易突然失去原有的平衡形式，此種現(xiàn)象叫做失去穩(wěn)定性，簡(jiǎn)稱失穩(wěn)。2)飛機(jī)蒙皮在受壓后會(huì)產(chǎn)生皺折的現(xiàn)象，就是由于蒙皮受壓失穩(wěn)造成的。結(jié)構(gòu)一旦失去穩(wěn)定性承受的載荷就不能再增加，結(jié)構(gòu)的剛度降低，結(jié)構(gòu)在載荷的作用下變形加大，所以對(duì)于主要受力結(jié)構(gòu)是不允許出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象的。34結(jié)構(gòu)的疲勞性能：結(jié)構(gòu)在疲勞載荷作用下抵抗破壞的能力。什么樣的載荷會(huì)使飛機(jī)結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)疲勞載荷？飛機(jī)結(jié)構(gòu)必須表明飛機(jī)結(jié)構(gòu)符合“結(jié)構(gòu)的損傷容限和疲勞評(píng)定的要求”。飛機(jī)是否符合適航標(biāo)準(zhǔn)，不但與飛機(jī)設(shè)計(jì)有關(guān)，還與飛機(jī)維護(hù)修理有關(guān)。所以在飛機(jī)維護(hù)中，一定要嚴(yán)格按照技術(shù)資料和要求進(jìn)行，避免由于對(duì)飛機(jī)操縱不當(dāng)使飛機(jī)結(jié)構(gòu)受到意外的損傷，避免在維護(hù)中造成機(jī)械損傷：碰傷、擦傷、劃傷等?？偨Y(jié)（1）概念：構(gòu)件、外力、內(nèi)力、應(yīng)力、應(yīng)變、強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、抗疲勞性等（2）桿件的基本變形：拉、壓、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲Knowledge結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念知識(shí)點(diǎn)2025/5/2237飛機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)飛機(jī)在飛行過程中隨時(shí)要受到疲勞載荷的影響，例如：每一次飛機(jī)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷“起飛—飛行—著陸”循環(huán)，氣密座艙增壓載荷、突風(fēng)載荷、機(jī)動(dòng)載荷等的影響時(shí)，飛機(jī)結(jié)構(gòu)都受到嚴(yán)重考驗(yàn)。所以飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)不但要考慮靜強(qiáng)度和剛度的影響，還要考慮飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能。2025/5/2238（1）安全壽命設(shè)計(jì)思想；（2）破損安全設(shè)計(jì)思想；（3）損傷容限設(shè)計(jì)思想；（4）耐久性設(shè)計(jì)思想。飛機(jī)結(jié)構(gòu)的抗疲勞設(shè)計(jì)思想有哪些？2025/5/2239一、安全壽命設(shè)計(jì)思想安全壽命設(shè)計(jì)概念：飛機(jī)結(jié)構(gòu)在使用壽命期內(nèi)不出現(xiàn)宏觀可檢裂紋，這也就是說安全壽命設(shè)計(jì)僅考慮裂紋的形成壽命，不考慮裂紋的擴(kuò)展壽命。由于檢測(cè)裂紋手段的限制，裂紋形成壽命實(shí)際上是指結(jié)構(gòu)從開始使用到形成一定尺寸裂紋(通常稱為工程可檢裂紋)的使用時(shí)間。這段使用時(shí)間也稱為安全使用壽命。飛機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)2025/5/2240安全壽命設(shè)計(jì)思想是以結(jié)構(gòu)無(wú)初始缺陷假設(shè)為基礎(chǔ)的。安全壽命設(shè)計(jì)方法的不足之處：

1、不能確保飛機(jī)結(jié)構(gòu)安全

2、不能充分發(fā)揮飛機(jī)結(jié)構(gòu)的使用壽命

3、導(dǎo)致飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的增加

4、不能制定對(duì)飛機(jī)進(jìn)行科學(xué)而經(jīng)濟(jì)的維修方案。2025/5/2241安全壽命設(shè)計(jì)方法及相應(yīng)的規(guī)范不能夠確保飛機(jī)結(jié)構(gòu)的安全性。另外，靠用大的安全壽命系數(shù)來保證安全性和可靠性，又往往使構(gòu)件設(shè)計(jì)得太保守，所以，這種設(shè)計(jì)方法需要改進(jìn)。目前在飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，已普遍采用損傷容限設(shè)計(jì)方法，但是對(duì)于認(rèn)為不宜采用損傷容限概念的結(jié)構(gòu)，例如起落架和發(fā)動(dòng)機(jī)架等，仍然采用安全壽命設(shè)計(jì)。2025/5/2242二、破損安全設(shè)計(jì)思想破損安全是指一個(gè)構(gòu)件破壞之后，它承擔(dān)的載荷可能由其他結(jié)構(gòu)件繼續(xù)承擔(dān)，以防止飛機(jī)的破壞，或造成剛度的降低過多而影響飛機(jī)的正常使用。也就是說，這種設(shè)計(jì)思想允許飛機(jī)結(jié)構(gòu)有局部破損，但必須保證飛機(jī)的安全。2025/5/2243三、損傷容限設(shè)計(jì)思想

損傷容限設(shè)計(jì)思想的基本含義是：承認(rèn)結(jié)構(gòu)在使用前就帶有初始缺陷，但必須把這些缺陷或損傷在規(guī)定的未修使用期內(nèi)的增長(zhǎng)控制在一定的范圍內(nèi)，在此期間，結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足規(guī)定的剩余強(qiáng)度要求，以保證飛機(jī)結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。2025/5/2244損傷容限的設(shè)計(jì)目標(biāo)通過損傷容限設(shè)計(jì)和進(jìn)行裂紋擴(kuò)展與剩余強(qiáng)度分析，保證飛機(jī)結(jié)構(gòu)在未修使用期內(nèi)，其剩余結(jié)構(gòu)(帶損傷結(jié)構(gòu))仍然能夠承受使用載荷作用，不出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的破壞或過分變形。損傷容限設(shè)計(jì)思想的基本方法是：通過損傷容限特性分析與試驗(yàn)，對(duì)可檢結(jié)構(gòu)給出檢修周期，對(duì)不可檢結(jié)構(gòu)給出最大允許初始損傷。以保證結(jié)構(gòu)在給定的使用壽命期限內(nèi)，不致由于未被發(fā)現(xiàn)的初始缺陷、裂紋或其它損傷擴(kuò)展而發(fā)展成災(zāi)難性的破壞事故。2025/5/2245損傷容限的專業(yè)名詞損傷容限：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的未修使用周期內(nèi)，抵抗由于缺陷、裂紋或其他損傷造成的破壞能力。裂紋擴(kuò)展壽命：在設(shè)計(jì)應(yīng)力譜作用下，由初始裂紋擴(kuò)展到臨界裂紋時(shí)所得壽命。剩余強(qiáng)度：含裂紋結(jié)構(gòu)的承載能力。損傷容限載荷：在規(guī)定的未修使用最小周期內(nèi)，為了保證飛機(jī)飛行安全和飛行性能，帶有損傷的飛機(jī)結(jié)構(gòu)必須能承受的載荷。2025/5/2246損傷容限結(jié)構(gòu)分類緩慢裂紋擴(kuò)展結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)應(yīng)被設(shè)計(jì)成初始損傷以穩(wěn)定、緩慢的速率擴(kuò)展，以保證在規(guī)定的檢查周期內(nèi)，在使用載荷作用下，結(jié)構(gòu)內(nèi)的初始缺陷或裂紋不至于擴(kuò)展到臨界裂紋尺寸。損傷安全結(jié)構(gòu)：又分為破損安全多路傳力結(jié)構(gòu)和破損安全止裂結(jié)構(gòu)。2025/5/2247

例如，民用飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)中要求長(zhǎng)桁和框緣直接鉚接或點(diǎn)焊在蒙皮上，使機(jī)身蒙皮上出現(xiàn)的疲勞裂紋有可能被限制在兩根長(zhǎng)桁和框緣組成的格子內(nèi)。有的飛機(jī)機(jī)身上還加有環(huán)向止裂帶（例如，在DC一10飛機(jī)上沿機(jī)身框處就有鈦合金止裂帶），這種止裂帶是為了阻止裂紋在環(huán)向應(yīng)力作用下沿縱向不斷擴(kuò)展而設(shè)置的。如左圖所示三緣條環(huán)形框，當(dāng)抗剪腹板外部（或內(nèi)部）出現(xiàn)裂紋后，裂紋的擴(kuò)展會(huì)被設(shè)置的中間突緣（角材）限制住。三緣條環(huán)形框

2025/5/2248右圖所示為一由三塊整體壁板通過鋁鉚釘連接組成的下翼面，使用中任一塊壁板破裂時(shí)，載荷即可通過展向鉚釘傳到相鄰的壁板上去。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)時(shí)要求鉚釘?shù)倪B接強(qiáng)度，除了負(fù)擔(dān)正常的剪切載荷外，還能負(fù)擔(dān)這種載荷的傳遞。由三塊整體壁板連接組成的下翼面

2025/5/2249破