Материал: 4 часть

4 Расчёт негерметичного отсека

4.1 Графическое изображение расчетного сечения

Заданное расчетное сечение представляет собой цилиндрический отделяемый отсек радиуса , изображенный на рисунке 4.1. Отсек подкреплен шпангоутами с шагом , крайний левый шпангоут служит для его соединения со смежным отсеком.

Считается, что на торцевом сечении отсека действует осевая сила , изгибающий момент и перерезывающая сила .

Рисунок 4.1 – Расчетное сечение

Исходные данные для расчета негерметичного отсека представленны в таблице 1

Таблица 1 – Исходные данные для расчета негерметичного отсека

4.2 Подбор толщины обшивки и площади сечения лонжеронов, выбор типа и определение количества стрингеров

Целью проектировочного расчёта является подбор размером всех силовых элементов отсека: толщины обшивки ; площади поперечного сечения лонжеронов ; площади поперечного сечения стрингера ; расстояние между промежуточными шпангоутами ; потребное количество стрингеров .

Материал отсека: .

Характеристики материала:

Рассчитаем расчетные значения нагрузок

Подбор толщины обшивки производится по следующей формуле:

. (4.1)

Где - максимальная расчетная перерезывающая сила.

Тогда

В соответствии с нормальным рядом толщин принимаем .

Для подбора сечения лонжерона необходимо сначала выбрать расчётный случай, в котором возникает наибольшее растяжение лонжеронов. Это можно сделать, находя из значения эквивалентной растягивающей осевой силы:

. (4.2)

Для первого расчётного случая:

.

Для второго расчётного случая:

.

Для третьего расчётного случая:

.

Следовательно:

.

Потребная площадь сечения лонжерона подсчитывается по формуле:

,

где - количество лонжеронов.

Примем

Подбор потребного количества стрингеров негерметичного отсека проводится на ЭВМ с помощью программы OTCEKNEW.EXE. Результаты расчётов приведены в ПРИЛОЖЕНИИ Д.

Для стрингеров выбран профиль ПР-102-12.

Характеристики сечения выбранного стрингера (Рисунок 20) следующие:

Рисунок 20 – Профиль ПР-102

По результатам программы (см. ПРИЛОЖЕНИЕ Д ) необходимое количество стрингеров равно 39.

.

Расстояние между стрингерами:

(4.3)

Нормальное и касательное критические напряжения обшивки при их раздельном действии:

(4.4)

(4.5)

Критическое напряжение местной потери устойчивости стрингера в предположении о справедливости закона Гука:

, (4.6)

где - критическое напряжение для местной потери устойчивости;

(зависит от закрепления стенок);

- модуль упругости материала.

.

Так как , корректируем результат.

В этом случае значение :

, (4.7)

Определив далее параметр

(4.8)

Получаем:

(4.9)

При расчёте принимаем, что вместе со стрингером работает участок обшивки шириной:

(4.10)

Сечение стрингера с присоединённой обшивкой показано на рисунке 21.

Рисунок 21 – Сечение стрингера с обшивкой

Геометрические характеристики сечения:

- площадь

(4.11)

- статический момент относительно оси

(4.12)

-координата центра тяжести

(4.13)

_- момент инерции относительно оси

(4.14)

- момент инерции относительно оси х

(4.15)

Критическое напряжение общей потери устойчивости стрингера в предположении о справедливости закона Гука:

(4.16)

Так как , корректируем результат.

Определяем параметр:

Получаем:

Принимаем далее:

4.3 Расчёт для наиболее опасного расчётного случая нормальных и касательных напряжений методом последовательных приближений

Изобразим в силу симметрии относительно оси y одну половину поперечного сечения рассматриваемого отсека (Рисунок 22) и пронумеруем все пояса, включая лонжероны.

Рисунок 22 – Поперечное сечение отсека

Расчёт напряжений выполняем методом последовательных приближений. Вычисления начинаем с определения положения нейтральной оси, что необходимо для определения числа поясов, участвующих в работе.

Величина в нулевом приближении определяется по формуле:

. (4.17)

Дальнейшие расчёты проводим в табличном виде (таблица 1). Первые три столбца заполняем в соответствии с рисунком 22. В четвёртом столбце заносим площади поясов, причём, если пояс находится на оси , то в силу симметрии в качестве будем брать половину площади его сечения.

При нулевом приближении принимаем .

Принятая ширина обшивки для растянутых поясов , для сжатых . В растянутой зоне работают только лонжероны, в сжатой – все элементы поперечного сечения.

Приведённая площадь пояса:

. (4.18)

Площадь поперечного сечения:

Тогда . (4.19)

(4.20)

Статический момент приведённого сечения отсека относительно оси равен:

. (4.21)

где - координата центра масс отсека относительно оси .

Тогда

(4.22)

Момент инерции приведённого поперечного сечения отсека относительно оси z равен:

. (4.23)

Координата центра тяжести приведённого сечения определяется как:

. (4.24)