飞行器结构力学—板杆式薄壁结构.ppt

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1、飞行器结构力学—板杆式薄壁结构本次课程内容1板杆式薄壁结构板杆式薄壁结构的几何不变性静定薄壁结构的内力计算静定薄壁结构的位移计算板杆式薄壁结构薄壁结构一般由横向骨架（机身的隔框、机翼的翼肋）、纵向骨架（机身的桁架、桁条，机翼的梁、桁条）和金属薄板（蒙皮、腹板）所组成。这种结构各元件之间的连接是比较复杂的，在结构分析中既要保证能满足工程计算的精度要求，又要使计算简单方便，为了建立适用的计算模型，必须采用一些简化假设。隔框长桁蒙皮1）骨架是主承力构件。在总体受力中，上下缘条及桁条(骨架)主要是以轴力的形式来承受或传递弯矩，略去缘条和桁条的局部弯曲作用。假设薄壁结

2、构中骨架的交叉点是铰链节点，分布的气动外载荷都等效地简化到节点上，外载荷只作用在节点上。节点之间的每块板上作用有常剪流。板截面上单位长度剪力用q=τt表示，q称为剪流，单位通常为N/cm。2）组成骨架的缘条(杆)只承受轴力，镶在骨架上的壁板四边只受剪切，即每块板与周围杆子之间以剪力(剪流)相互作用。3）薄壁结构中板厚度与长、宽的尺寸相比很小，故设板截面中剪应力τ沿厚度t是均匀分布，方向总是与截面中线的切线方向一致。采用上述简化假设的受剪板式薄壁结构计算模型，受力元件包含承受轴力的杆(缘条、桁条)、承受常剪流的板、承受外载荷的节点，称为“杆板式薄壁结构”/“常

3、剪流板薄壁结构”板杆式薄壁结构可看成是仅由板、杆和节点所组成的受力系统。外力只作用在节点上，而节点又以集中力(杆端轴力)形式传递给所连接的杆，杆又把节点传来的集中力以剪流形式传递给所连接的板。因此，节点只受到外力和杆端轴力的作用；杆受杆端轴力和沿杆轴方向剪流的作用；板只受由杆传递的剪流作用。板杆式薄壁结构的几何不变性分析1）板元件的平衡◆矩形板剪流（单位长度上的剪力）指向由qij下标ij表示，剪流由i指向j根据平衡可以求出三角形板从薄壁结构中取出作分离体，作用在三角形板上的力只有和它相连的三个杆的剪流，且每边的剪流为常值。三形板在薄壁结构中不受力平行四边形板

4、平行四边形板相当于一个约束，只有一个独立的未知内力。同理，对2、3点取矩可得：平行四边形板未知剪流为q12、q14、q32和q34。梯形板斜边上的剪流，亦称平均剪流梯形板的几何平均剪流，等于两相对边剪流平均值梯形板只有一个独立未知力，在几何上也相当于一个约束2）杆元件的平衡杆板式薄壁结构中的杆元件，除了在杆端承受节点传来的轴力外，还承受板传来的剪流，在这两种力的作用下，板处于平衡状态。设任一杆i-j，两端轴力为Nij和Nji(受拉为正，受压为负)，板对杆的作用剪流为q。由平衡条件得：因为板传来的剪流为常值，因此薄壁结构中杆的轴力是线性变化的。若剪流已知时，杆

5、一端轴力就可用另一端轴力来表示。所以杆两端的两个轴力，只有一个是独立变量，一个杆也只相当于一个约束作用。板杆式薄壁结构的组成分析1）平面薄壁结构的组成平面薄壁结构，是指结构中的板、杆和节点均在同一平面内，而且节点外力也作用在同一平面内的系统。进行组成分析时，把节点看作自由体，把板和杆看成约束。一个平面节点：2个自由度。一块四边形板或梯形板：提供一个约束。一块三角形板：不提供约束。一根杆：提供一个约束。例1：分析图示系统的几何不变性。解：8个自由节点、12根杆和4块矩形板。静不定度k=m-n=12+4-2×8=0。构件安排合理，因此该系统为具有最少必需约束的几

6、何不变系统。由于板中只有一个未知剪应力，因此板只有一个约束，对于杆板式薄壁结构，可以用一根杆代替一块板对系统的自由度进行分析。例2:分析图示系统的几何不变性。解：该系统由12个自由节点、20根杆和8块矩形板组成，所以k=m-n=20+8-12×2=4。构件安排合理，因此该系统为具有4个多余约束的几何不变系统。平面薄壁结构，多余约束数等于内部“+”字形节点数。该结构内部有四个“+”字形节点数，所以k=4。由此可得出结论：凡是内部没有“+”字形内节点的平面薄壁结构是静定的。凡是内部有“+”字形节点的平面薄壁结构是静不定结构，其静不定度k等于内部“＋”形节点数。（

7、a）k=1（b）k=2（c）k=3（d）k=1k=6例3：图示中间开洞的机身框壁，进行结构组成分析（1）没有支座相连接的可移动的平面薄壁结构；20个自由节点，40个自由度；32根杆和8块四边形板(三角形板不起约束作用)，共40个约束。这是具有3个多余约束的静不定系统，静不定度k=3。（2）设想结构中间没有开孔，用一块四边形板补上，则系统具有4个内部“+”字形节点，即具有4个多余约束。但因中间开洞，应减去一个约束，因此，原系统只具有3个多余约束，而静不定度k=3。（3）假想去掉二杆和一块四边形板，如图所示。由图可知，系统内部没有“+”字形节点，是静定的。因为原

8、结构去掉了三个约束，所以原系统为具有3个多余约束的静