Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Балочные лонжероны






Балочный лонжерон состоит из двух поясов – верхнего и нижнего, связанных между собой стенкой. Стенка выполняется либо из листа, соединенного с поясами, как правило, заклепками (рис. 5.2, а), либо выполняется как одно целое с поясами – монолитная конструкция (рис. 5.2, б).

Рис. 5.2. Схема балочных лонжеронов

В поясах лонжерона от изгибающего момента возникают усилия растяжения и сжатия, а в стенке лонжерона от перерезывающей силы и крутящего момента – сдвигающие усилия. Масса лонжерона составляет от массы крыла 7...11% в моноблочных конструкциях и 23...З0% в лонжеронных. Поэтому правильный выбор конструкции лонжерона позволит снизить массу крыла.

При конструировании лонжерона основное внимание следует уделить выбору формы поперечного сечения поясов. Внешняя поверхность пояса должна вписаться в обвод крыла. Если ширина пояса значительна, то возникают технологические затруднения с обработкой этой поверхности, особенно если лонжерон расположен не по одному проценту хорды крыла. В то же время с целью уменьшения массы лонжерона желательно форму поясов лонжерона выбрать такой, чтобы расстояние между центрами тяжести их сечений h были как можно ближе к строительной высоте Н, т.е. чтобы как можно большим был коэффициент использования строительной высоты k. При этом форма сечения должна обеспечить получение возможно большего значения критического напряжения местной потери устойчивости сжатого пояса. Все эти требования взаимно противоречивы.

Для того, чтобы облегчить подгонку пояса по профилю крыла, крепление обшивки к поясу лонжерона осуществляется либо на участке небольших палочек (рис. 5.3, а), либо с помощью дополнительных накладок (рис. 5.3, б), либо с помощью профилирующей накладки (рис. 5.3, в), выполненной из материала, допускающего простую обработку.

 

Рис. 5.3. Соединения обшивки с поясом лонжерона, упрощающие подгонку по профилю

Для увеличения расстояния h пояс лонжерона целесообразно вынести на внешнюю поверхность крыла (рис. 5.4). В этом случае внешняя поверхность пояса должна быть обработана по профилю и требуется подогнать два стыка обшивки с поясом. Пояс лонжерона может быть составным, выполненным из двух уголковых профилей (рис. 5.5).

В корневых нагруженных сечениях лонжерона пояса выполняются из прессованных профилей.

Рис. 5.4. Пояс лонжерона, выходящий на внешнюю поверхность крыла Рис. 5.5. Пояс лонжерона из двух профилей

 

В концевых сечениях пояса могут выполняться из гнутых профилей, как правило, уголкового сечения (рис. 5.6). Так как по размаху крыла нагрузка меняется целесообразно изменять и площадь сечения поясов лонжеронов. Достигается это фрезерованием прессованных поясов или срезанием полочек поясов из гнутых профилей. Чтобы исключить большой отход материала пояс лонжерона по размаху изготовляется из профилей разного сортамента, которые в месте стыка соединяются с помощью накладок. Это удешевляет изготовление лонжерона, хотя и приводит к увеличению его массы.

На концах крыла в малонагруженных сечениях лонжерон может изготовляться штамповкой из листа. Сечение такого лонжерона имеет форму швеллера (рис. 5.7).

Рис. 5.6. Пояса лонжеронов из гнутых профилей Рис. 5.7. Сечение лонжерона, выполненного штамповкой из листа

 

Наиболее выгодной формой сечения пояса лонжерона является тавровая. По сравнению с уголковой формой сечения при одинаковых критических напряжениях в поясах, т.е. при одинаковых отношениях ширины к толщине Вт /dт = Ву /dу расстояние между центрами масс сечений верхнего и нижнего поясов у таврового лонжерона будет больше, чем у уголкового hт > hy (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Расстояние между центрами масс сечений тавровых и уголковых поясов лонжерона

Следовательно осевое усилие, действующее в поясе от изгибающего момента S = M / h у таврового лонжерона будет меньше, чем у уголкового, меньшей будет площадь сечения пояса и поэтому меньшей будет и масса лонжерона. Пояса уголкового сечения применяются в малонагруженных лонжеронах, где площадь сечения невелика и пояс имеет малую толщину.

При выборе формы поперечного сечения пояса лонжерона необходимо учитывать, что при растяжении отверстия под заклепки, которыми крепится обшивка, уменьшают несущую способность пояса ~ на 10% Кроме того, ухудшаются и усталостные характеристики пояса за счет концентрации напряжений в зоне отверстий. При клепке обшивки к толстым поясам длинные заклепки изгибаются, что снижает прочность шва. Поэтому целесообразно выполнять пояс с дополнительными полочками для его крепления с обшивкой (рис. 5.9). Наличие таких полочек очень незначительно увеличивает массу пояса, но при этом пояс не ослабляется, а усталостные характеристики его повышаются.

Рис. 5.9. Пояс лонжерона с полочками для крепления обшивки

Рис. 5.10. Двухстеночные коробчатые лонжероны

В балочном лонжероне пояса соединяются стенками. По количеству стенок лонжероны подразделяются на одностеночные (рис. 5.2) и двухстеночные. Двухстеночные коробчатые лонжероны (рис. 5.10) не нашли широкого применения. Они сложнее в производстве
и невыгодны в весовом отношении, так как из-за низких критических касательных напряжений тонкой стенки двухстеночного лонжерона суммарная их толщина получается больше толщины одинарной стенки. Если стенки соединяются заклепками с поясами, выполненными по схеме рис. 5.10, а, то при креплении второй стенки из-за одностороннего подхода требуется либо применение заклепок с сердечником, либо применение анкерных гаек. Двухстеночные лонжероны иногда применяются в конструкциях, где возможно появление крутящих моментов, для восприятия которых необходим замкнутый контур (однолонжеронные крылья с полотняной обшивкой, внутренние подкосы – балки стреловидных крыльев, не связанные с обшивкой и др.).

В очень нагруженных лонжеронах иногда ставятся две стенки с обеих сторон ребра пояса (рис. 5.11), пространство между которыми в местах постановки заклепок или болтов (места крепления стоек, кронштейнов) заполняется прокладками.

Рис. 5.11. Двухстеночный лонжерон

В этом случае заклепки, соединяющие стенки с ребром, работают как двухсрезные, поэтому потребное их число уменьшается, что позволяет уменьшить высоту ребра, а следовательно, и увеличить расстояние между центрами тяжести сечений поясов.

По длине лонжерона стенка подкрепляется стойками, обычно из уголковых профилей (рис. 5.12). Стойки используются для крепления к лонжерону нервюр. При креплении к лонжерону усиленных нервюр стойка может быть и таврового сечения. Постановка стоек увеличивает критическое касательное напряжение в стенке, что позволяет уменьшить ее толщину. Поэтому иногда целесообразно ставить стойки и между нервюрами. Кроме того, стойки препятствуют изменению расстояния между поясами лонжерона при его изгибе и при появлении в стенке диагонального поля. При появлении диагонального поля в стенке возникают волны, вдоль которых действуют растягивающие усилия, вызывающие в поясах лонжерона поперечный изгиб, что снижает критические напряжения сжатого пояса. По этой причине желательно, чтобы касательные напряжения стенки не превышали критических. Для повышения критических касательных напряжений кроме постановки стоек в стенке могут делаться зиги.

 

Рис. 5.12. Подкрепление стенки лонжерона

Из производственных соображений для облегчения подходов при клепке во время сборки крыла и в местах пересечения стенки тягами управления или трубопроводами в ней делаются отверстия. Отверстия отбортовываются для повышения жесткости стенки. У сильно нагруженных стенок на отверстиях ставится окантовка. В концевых мало нагруженных сечениях лонжерона отверстия делаются для облегчения стенки.

 

 

Рис. 5.13. Стык стенки лонжерона

Так как нагрузка стенки меняется по размаху, толщину ее желательно делать переменной. Это достигается постановкой различных по толщине листов. Соединение отдельных частей стенок производится заклепками при помощи специальных накладок (рис. 5.13) или внахлестку. Стыки стенок и поясов лонжерона должны находиться в разных сечениях для уменьшения концентрации напряжений.

При проектировочном расчете лонжерона принимают, что изгибающий момент М воспринимается только его поясами, а погонная касательная сила q от перерезывающей силы и кручения нагружает стенку.

Площадь сечения пояса лонжерона подсчитывается по формуле (4.3). Для растянутого пояса sразр=sв, а для сжатого пояса sразр= sкр, где sв – временное сопротивление материала пояса, а sкр – критическое нормальное напряжение местной потери устойчивости; sкр подсчитывается по формуле

(5.1)

где Е – модуль упругости материала пояса;

В, d – ширина и толщина полочки пояса лонжерона (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Пояс лонжерона

Если принять, что полка пояса лонжерона оперта шарнирно на стенке лонжерона, жестко на нервюрах и свободно на обшивке, то при расстоянии между нервюрами в пять и более раз превышающем ширину полочки, что всегда выполняется в крыльях, k = 1, 16.

Площадь сечения пояса лонжерона будет наименьшей тогда, когда sкр = sв.

Подставив вместо sкр его значение (5.1), получим следующее выражение для оптимального соотношения ширины полочки к ее толщине для сжатого пояса

(5.2)

Толщина стенки лонжерона подсчитывается по формулам (4.4), (4.16), (4.18). Для стенки tразр = tкр – критическому касательному напряжению. tкр подсчитывается по формуле

(5.3)

где Е – модуль упругости материала стенки;

b – меньший из двух размеров: высоты лонжерона Н или расстояния между стойками;

d – толщина стенки.

Значение коэффициента k может быть подсчитано по формуле

(5.4)

где а, b – наибольший и наименьший из двух размеров: высоты лонжерона Н или расстояния между стойками.

В сечении лонжерона, где в стенке имеется отверстие (рис. 5.15), касательное напряжение подсчитывается по формуле

(5.5)

где Q – перерезывающая сила; D – диаметр отверстия.

Рис. 5.15. Схема лонжерона

Поправочный коэффициент

(5.6)

 

Напряжение tотв не должно превышать tкр, определенного по формуле (5.3).

Усилие в стойке, подкрепляющей стенку, можно приближенно определить по формуле

(5.7)

где tв – временное сопротивление сдвига;

tкр – критическое касательное напряжение, определяемое по формуле (5.3).

Тогда площадь сечения стойки

(5.8)

Здесь sразр = sкр; sкр определяется по формуле (5.1).

Определение нагрузок на стойки, к которым крепится стенка нервюры, приведено в § 3.

Нагрузка, действующая на заклепку крепления стенки к поясу лонжерона, определяется по формуле

где t – шаг заклепок.






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.