Приведенное напряжение для продольных стыков крыла

Приведенные напряжения для элементов с геометрическими концентраторами

В конструкции гермофюзеляжа к элементам с геометрическими концентраторами, в которых возникают усталостные трещины, можно отнести:

- вырезы в обшивке кабины экипажа;

- рамы остекления кабины экипажа;

- вырезы в обшивке под входные (аварийные) двери, грузовые и буфетные люки;

- вырезы в оконных панелях;

- вырезы под опоры шасси;

- вырез под стабилизатор;

- вырезы под клапан сброса воздуха, под фары освещения, под антенну, под люк слива воды и т.д.

В конструкции крыла к элементам конструкции с геометрическими концентраторами можно отнести:

- отверстия в обшивках панелей для сливного крана, для датчиков топливомеров, под заливные горловины и т.д.;

- галтели перехода толщин обшивок панелей;

- отверстия в стрингерах нижних панелей крыла для перетекания топлива;

- люки-лазы в лазовых панелях;

- продольные швы;

- вырезы в обшивке панелей под воздухозаборник;

- вырезы в стенках лонжеронов для люков лазов под рельсы и винты закрылков и предкрылков и т.д.

Некоторые концентраторы в крыле (галтели перехода толщин обшивок панелей; отверстия в стрингерах нижних панелей крыла для перетекания топлива и др.) характеризуются тем, что они подвержены действию одноосного напряженного состояния, т.е. в их зоне возникают только нормальные напряжения σ_z. В этом случае на контуре концентратора в точке возможного зарождения трещины возникают напряжения σ_{к э}:

, где (1)

-коэффициент концентрации элемента конструкции.

В случае одноосного нагружения образца с отверстием напряжением σ_прив на контуре отверстия в точке возможного зарождения усталостной трещины возникает σ_{к о}:

, где (2)

-коэффициент концентрации образца с отверстием.

Приравняем правые части соотношений (1) и (2), и после преобразований получим, что приведенное напряжение равно:

 

В ряде случаев геометрические концентраторы находятся в условиях двухосного напряженного состояния. Например, отверстие в обшивке крыла, в окрестности которого возникает двухосное напряженное состояние с главными напряжениями σ₁ и σ₂. В этом случае на контуре отверстия в точке возможного зарождения усталостной трещины возникает напряжение σ_{к э}:

(3)

В случае одноосного нагружения образца с отверстием напряжением σ_прив на контуре отверстия возникает σ_{к о}:

, (4)

Приравняем правые части соотношений (3) и (4), и после преобразований получим, что приведенное напряжение равно:

 

Регулярными зонами крыла, долговечность которых определяет долговечность конструкции крыла, являются продольные стыки, к которым можно отнести:

- стыки панелей;

- стыки панелей с поясами лонжеронов;

- стыки стенок с поясами лонжеронов.

На рисунке 9.8 приведен эскиз продольного стыка панелей при помощи стыкового профиля.

 

Рисунок 9.8

Выделим прямоугольный элемент из панели в окрестрости отверстия для крепежного элемента. По граням выделенного элемента будут действовать нормальные напряжения σ_z, касательные напряжения τ_xz, и усилие P_б, действующее на контур отверстия от крепежного элемента. Используя принцип суперпозиции представим нагруженное состояние в окрестности отверстия в виде двух, одно из которых преставляет нагружение отверстия нормальными напряжениями σ_z, а второе нагружение касательными напряжениями τ_xz и уравновешивающим усилием P_б, действующим на контур отверстия (рис. 9.9).

 

Рисунок 9.9

В результате концентрации на контуре отверстия возникает повышенное напряжение σ_{к э}, которое можно определить как сумму наибольших напряжений на контуре для двух состояний:

, где (5)

- коэффициенты концентрации от нормальных напряжений и напряжений смятия;

σ_z – нормальные напряжения;

σ_см – напряжения смятия.

Напряжение смятия определяется усилием на крепежный элемент P_б толщиной панели в зоне крепежного отверстия δ и диаметром крепежного отверстия d:

При равномерном распределении усилий по крепежным элементам усилие на болт P_б определяется шагом крепежных отверстий t, числом крепежных элементов на одном шаге n, толщиной панели δ и величиной касательных напряжений τ_xz:

С достаточной степенью точности для реальных соединений и условий нагружения.

Тогда соотношение (5) после подстановок можно преобразовать к виду:

(6)

В случае одноосного нагружения образца с отверстием напряжением σ_прив на контуре отверстия в точке возможного зарождения усталостной трещины возникает σ_{к о}:

(7)

Приравняем правые части соотношений (6) и (7), и после преобразований получим, что приведенное напряжение равно: