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加筋板結(jié)構(gòu)是飛機(jī)設(shè)計(jì)中常用的一種典型的結(jié)構(gòu)形式，它廣泛應(yīng)用于機(jī)身和機(jī)翼表面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中。加筋板結(jié)構(gòu)主要優(yōu)點(diǎn)是重量輕、強(qiáng)度高，且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。在飛機(jī)設(shè)計(jì)中，合理的選用加筋板結(jié)構(gòu)，可以在保持結(jié)構(gòu)性能的同時(shí)減輕結(jié)構(gòu)的重量，大大提高飛機(jī)設(shè)計(jì)制造的競(jìng)爭(zhēng)能力。
加筋板結(jié)構(gòu)主要承受面內(nèi)拉伸、壓縮、剪切載荷，以及面外壓力載荷。因此，對(duì)加筋板設(shè)計(jì)不僅要對(duì)其壓縮屈曲破壞進(jìn)行強(qiáng)度分析，同時(shí)還要分析結(jié)構(gòu)拉伸、剪切破壞強(qiáng)度等。目前，對(duì)加筋板結(jié)構(gòu)在各種受載形式下的強(qiáng)度評(píng)估，國(guó)內(nèi)多數(shù)飛機(jī)設(shè)計(jì)單位還停留在手工計(jì)算水平。具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)軟件HAJIF系列，以及國(guó)外商用CAE軟件，如NASTRAN，ANSYS，ABAQUS等只能用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)總體應(yīng)力分析，不能用于對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度詳細(xì)設(shè)計(jì)。
為了滿足飛機(jī)設(shè)計(jì)需求，迫切需要開(kāi)發(fā)功能齊全的、方便簡(jiǎn)捷和便于工程人員使用的加筋板強(qiáng)度分析軟件。近年來(lái)，國(guó)外開(kāi)展了飛機(jī)加筋板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)估的研究，根據(jù)自身特點(diǎn)形成了結(jié)構(gòu)快速設(shè)計(jì)和快速評(píng)估手段，并通過(guò)專(zhuān)業(yè)特有的試驗(yàn)修正、專(zhuān)家支持，保證評(píng)估過(guò)程快速，評(píng)估結(jié)果可靠、準(zhǔn)確。在美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室(AFRL)支持下，美國(guó)Collier研究所與洛克希德公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的HyperSizer軟件是一個(gè)加筋板破壞分析和優(yōu)化軟件，可以與有限元分析結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行綜合強(qiáng)度評(píng)估和優(yōu)化。
針對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)需求，中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所開(kāi)展了對(duì)飛機(jī)加筋板強(qiáng)度評(píng)估方法的研究。基于軸壓壁板有效寬度分析技術(shù)、剪切壁板張力場(chǎng)技術(shù)等研究了加筋板在面內(nèi)和面外壓力載荷作用下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析技術(shù)。結(jié)合研究所飛機(jī)壁板試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用工程經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)方法給出壁板和長(zhǎng)析應(yīng)力的許用值的計(jì)算方法。在此基礎(chǔ)上，研制了加筋板快速?gòu)?qiáng)度評(píng)估軟件STRANAS。軟件面向工程設(shè)計(jì)，采用飛機(jī)研制中的強(qiáng)度分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)總體分析一細(xì)節(jié)分析一體化。在PATRAN平臺(tái)上，利用PCL語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了軟件前后置處理界面，綜合集成了工程細(xì)節(jié)強(qiáng)度分析程序、材料庫(kù)和型材庫(kù)，并與結(jié)構(gòu)的總體分析無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)了加筋板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析建模自動(dòng)化，分析結(jié)果可視化。通過(guò)工程應(yīng)用考核了軟件的實(shí)用性、計(jì)算結(jié)果正確性。
STRANAS以《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代工程強(qiáng)度分析技術(shù)，以及中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度所壁板試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，重點(diǎn)研究了金屬桿板梁構(gòu)件受拉時(shí)的強(qiáng)度、在軸壓力作用下的穩(wěn)定性、壁板在剪力和扭矩作用下的剪切強(qiáng)度和各種復(fù)合載荷下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的計(jì)算技術(shù)，并利用壁板試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了考核。
STRANAS求解技術(shù)介紹如下：長(zhǎng)析和壁板的拉伸強(qiáng)度分別按單向和雙向應(yīng)力進(jìn)行分析。采用von Mises屈服準(zhǔn)則計(jì)算蒙皮形心和蒙皮邊緣的等效應(yīng)力。分析中考慮釘孔對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度消弱影響。對(duì)內(nèi)壓情況，考慮了由內(nèi)壓引起的蒙皮和長(zhǎng)析的附加應(yīng)力。承受均勻軸向壓縮載荷曲板臨界應(yīng)力計(jì)算。曲板的參數(shù)及受載形式見(jiàn)圖，K為屈曲系數(shù)，與曲板的長(zhǎng)、寬、厚度、曲率半徑和支持條件有關(guān)，c為塑性修正系數(shù)。對(duì)受剪板的剪切破壞強(qiáng)度分析，采用張力場(chǎng)分析方法確定受剪板中的剪切應(yīng)力超過(guò)屈曲應(yīng)力時(shí)結(jié)構(gòu)剪切破壞應(yīng)力，并計(jì)算受剪板中的拉應(yīng)力和在四周框架上的附加應(yīng)力，以確定它們失效時(shí)承受的載荷。
專(zhuān)業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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