Проектировочный расчет усиленных нервюр

Усиленные нервюры помимо сохранения аэродинамического контура и восприятия воздушной нагрузки, предназначены для восприятия больших сосредоточенных нагрузок от прикрепленных к ним агрегатам (от шасси, двигательных установок, баков, узлов подвески элеронов и закрылков и т.д.). Кроме того, усиленные нервюры применяются для восприятия касательных сил с контура обшивки и передачи их или на другой контур, или являются элементами местного усиления конструкции в местах, где происходит резкое перераспределение нагрузки (нервюры, окантовывающие вырез по люк шасси, бортовая нервюра и т.д.). Так как воздушная нагрузка значительно меньше действующих на нервюру сосредоточенных сил, то при проектировочном расчете ею обычно пренебрегают. Сечения поясов нервюр постоянные и при проектировочном расчете их можно определить по наибольшему изгибающему моменту, действующему в плоскости нервюры [4].

Проведем расчет усиленной нервюры расположенной в районе узла навески элерона.

Схема нагружения нервюры показана на рис.3.2.

Т.к. реакции распределяются пропорционально изгибным жесткостям полок, которые, в свою очередь, пропорциональны квадрату высот, можем записать:

. (3.1)

Второе уравнение для определения неизвестных:

; (3.2) где =8688 Н.

Отсюда можем найти R₁ = 7155Н, а R₂ = 1533H.

Крутящий момент определяется по формуле

, (3.3)

где  - расстояние от  до центра жесткости сечения;

Определим центр жесткости (рис.3.1):

,

м

Рис.3.1 Положение центра жесткости

Рис.3.2 Схема нагружения силовой нервюры

Формой поперечного сечения для нервюры был выбран швеллер. Полки будут иметь угол укладки , а стенка - . Стенка и полка изготавливается из стеклопластика. Свойства материала приведены в таблице 1.3.

Проектирование нервюры производится на основе разделения функций ее элементов (изгибающих момент и осевая сила воспринимаются полками, а поперечная сила - стенкой). Условием оптимальности нервюры является минимум погонной массы, определяемой выражением:

, (3.4)

где ,  - плотности материалов полки и стенки соответственно;

 - ширина полок;

 - толщина заплечиков.

Ограничениями на проектные параметры нервюры являются условия прочности полок и стенки, а также их соединения:

; (3.5) ; (3.6)

; (3.7) , (3.8)

где , , ,  - пределы прочности КМ верхней и нижней полок, стенки, а также соединяющего их материала соответственно;

 - эффективная высота стенки:

, (3.9)

где  - строительная высота стенки.

Из условия (3.8) с учетом (3.9) запишем выражение для определения минимального потребного значения ширины полок [3]:

, (3.10)

где  - максимальное поперечное усилие, действующее в лонжероне;

 - предел прочности соединения (т.е. клея), F_C= 29,4 МПа;

 - текущая строительная высота стенки.

Определяем минимальную потребную ширину

.

. (3.11)

Однако при такой ширине полок условие их прочности не будет выполняться, следовательно, ширина полок по длине балки принимается .

Определим толщину полок

, (3.12)

где  - максимальный изгибающий момент, = 1387,2·10³ Н·мм;

F_П - предел прочности материала полки, F_П = 280 МПа.

Толщину полок округляем в большую сторону до целого количества слоев, причем так, чтобы полки не теряли устойчивость, поэтому принимаем толщину полки равную 1,25 мм.

Толщину стенки определим по формуле

 (3.13)

где,  - максимальное поперечное усилие, действующее в лонжероне;

 - предел прочности материала стенки, F_C= 280 МПа;

 - минимальная строительная высота стенки

Толщину стенки округляем в большую сторону до целого количества слоев и кратных 4. Принимаем .