Деформации частей конструкции растяжение и сжатие смятие сдвиг кручение извив устойчивость стержней при сжатии
Растяжение и сжатие
Растяжение и сжатие можно считать простейшими видами нагружения частей. Такому виду нагружения подвергаются: полки лонжеронов и стен, подкосы, тяги системы управления, тросовая проводка.
Высчитать элемент конструкции на крепкость при растяжении (либо сжатии) - это означает, исходя из действующих усилий (с учетом коэффициента безопасности), найти площадь поперечного сечения, при котором будет производиться условие
где -напряжение, возникающее в материале элемента при его нагружении.
При проектировочных расчетах надобная площадь поперечного сечения рассматриваемого элемента определяется по формуле
где Р - очень вероятная сила, действующая повдоль оси элемента.
При проверочных расчетах удобнее воспользоваться формулой
При наличии в элементе конструкции, работающей на растяжение, концентраторов напряжения в виде резких переходов профиля, отверстий, надрезов, величину , взятую из табл. 3.2-3.6, нужно уменьшить на 5% для легированных сталей и на 10... 15%-для дюралевых сплавов и других конструкционных материалов.
Смятие
Смятие материала может происходить в местах сочленения отдельных частей конструкции. Расчет на смятие нужно проводить как для разъемных, так и неразъемных соединений; стыковочных узлов, заклепочных соединений, сочленений тяг управления.
Напряжение смятия определяется делением силы на площадь контакта, а для отверстий - на проекцию этой площади:
Величина допустимых напряжений смятия находится в зависимости от материала и вида соединения. Для неразъемных заклепочных соединений из деформируемых дюралевых сплавов можно принять =6000 кгс/см2. Для узлов, выполненных из стали, обычно принимают:
=1,3* -в случае недвижных соединений;
=0,65* -в случае неподвижных соединений;
=0,2* -в случае подвижных соединений.
Для расчета поперечника болтов, работающих в деталях из древесной породы, предлагается воспользоваться графиками, представленными на рис. 3.3, а-при двухсторонней нагрузке и рис. 3. 3, б-при однобокой нагрузке.
Рис 3.3 К расчету поперечника болтов
а - при обоесторонней нагрузке, б - при однобокой нагрузке
Для сосны перпендикулярно волокнам можно принимать =60 кгс/см2.
Сдвиг
Примером сдвига, нередко встречающимся на практике, является срез болтов и заклепок. Высчитать деталь на сдвиг, это означает избрать такое сечение предполагаемого среза, при котором будет выполнено условие
.
Величина напряжения сдвига определяется по формуле
, (3. 4)
где Q-поперечная сила, a F-площадь предполагаемого среза.
Для деформируемых дюралевых сплавов и легированных сталей можно принимать
, 
для углеродистых сталей-0,65... 0,70, для магниевых сплавов менее 0,60 от соответственного значения .
При проектировочных расчетах удобнее воспользоваться формулой
.
(3. 5)
Кручение
Многие элементы конструкции, кроме растяжения, сжатия и извива, могут испытывать напряжения кручения. Кручение имеет место всегда, когда к детали приложен вращающий момент, или когда вектор приложенной силы не совпадает с осью жесткости данного элемента.
Наибольшее напряжение кручения (сдвига) определяется по формуле
где Мкр-крутящий момент, a Wp-полярный момент сопротивления рассматриваемого сечения.
Время от времени появляется необходимость определения угла закручивания элемента . Этот угол для профилей неизменного сечения можно найти по формуле
где l-длина скручиваемого участка; G-модуль упругости при сдвиге и кручении; Jp - полярный момент инерции сечения.
Кручению могут подвергаться не только лишь отдельные элементы, да и части конструкции, к примеру крыло либо фюзеляж, В данном случае вращающий момент воспринимается, обычно, замкнутым контуром обшивки. Напряжения кручения определяются по формуле
где F-площадь замкнутого контура; -толщина обшивки.
Из формулы (3. 8) видно, что наибольшие напряжения будут в том месте замкнутого контура, где толщина обшивки малая.
Открытые (незамкнутые) контуры вращающий момент воспринимают очень плохо, в связи с чем при проектировании частей и частей конструкции СЛА лучше избегать их внедрения.
Извив
Практически все силовые элементы конструкции СЛА подвергаются извиву, потому от величины изгибающих моментов, действующих на элементы конструкции, и от метода их восприятия почти во всем зависит масса частей и всего СЛА.
При действии изгибающего момента происходит деформация элемента, вследствие чего в материале появляются напряжения. Величина этих напряжений (рис. 3.4) изменяется зависимо от удаления материала от оси сечения.
Рис 3.4 Рассредотачивание напряжений в волокнах при извиве
Обычные напряжения в границах пропорциональности определяются по формуле
где М - момент поперечных сил относительно рассматриваемого участка; Jx-осевой момент инерции площади сечения относительно оси x; у - расстояние от оси х до точки, в какой определяется напряжение.
Как видно из рис. 3. 4, большим по величине напряжение оказывается в последних волокнах. Это напряжение определяется по формуле
где Wx - осевой момент сопротивления сечения.
Осевой момент инерции Jx и осевой момент сопротивления Wx сечений более всераспространенных профилей (рис. 3. 2)
Рис 3.2 Сечения более всераспространенных профилей
можно вычислять, используя формулы. Приведенные в табл. 3. 7.
Таблица 3.7 Моменты сопротивлений и моменты инерций сечений более всераспространенных профилей
Устойчивость стержней при сжатии
Некие элементы конструкции СЛА, а именно стойки, подкосы, стержни ферм, тяги систем управления, могут подвергаться продольному извиву. Таковой извив происходит под действием силы, направленной повдоль оси сжимаемого элемента. Даже при постепенном увеличении действующей силы может наступить момент общей либо местной утраты стойкости. При общей потере стойкости происходит искривление оси элемента, с резким падением воспринимаемой элементом нагрузки. Местной утраты стойкости подвержены уголки, швеллеры, Z-образные и другие профили сложной конфигурации. При местной потере стойкости происходит выпучивание, излом либо возникновение гофра на каком-либо элементе сложного профиля.
Величина критичной силы, при которой происходит общая утрата стойкости стержня неизменного сечения, определяется формулой Эйлера
где с - коэффициент заделки концов стержня; Jmin - малый осевой момент инерции стержня; l-полная длина стержня.
Если оба конца стержня закреплены шарнирно, то с=1, если оба имеют жесткую (моментную) заделку, то с=4. Если один конец стержня заделан агрессивно, а другой шарнирно, то c=2. На практике в определенной конструкции не всегда удается найти вид заделки. А потому что коэффициент заделки изменяется в широких границах, то условия на опорах имеют огромное значение и должны всякий раз всесторонне оцениваться. При колебании в корректности определения вида заделки нужно брать более низкое значение с.
На практике удобнее определять не критичную силу, а критичное напряжение. Его можно найти по формуле
В конструкции СЛА продольному извиву в большинстве случаев подвергаются стержни, сечение которых представляет круг, кольцо, прямоугольник и каплевидное обтекаемое тело. Формулы для определения критичных напряжений стержней вышеперечисленных сечений приведены в табл. 3. 8.
Таблица 3.8 Формулы для определения критичных напряжений сжатия стержней разных сечений
Для определения критичных напряжений труб из Д-16 и ЗОХГСА можно пользоваться графиками, представленными на рис. 3.5, а, б, а прямоугольных стержней из сосны - графиком, представленным на рис. 3.5, в.
Рис 3.5 К определению критичных напряжений в материале при продольном извиве
Следует подразумевать, что несовершенство производства стержней либо мельчайшие их деформации, приводящие к возникновению исходной кривизны, резко уменьшают критичные напряжения.
Критичные напряжения из условия местной утраты стойкости уголка из Д-16 можно снять с графика рис. 3.5, г.
по материалам: П.И.Чумак, В.Ф Кривокрысенко "Расчет и проектирование СЛА"
