飛機(jī)結(jié)構(gòu)受力分析和抗疲勞設(shè)計思想第1頁/共92頁產(chǎn)生升力。當(dāng)它具有上反角時，可為飛機(jī)提供一定的橫側(cè)穩(wěn)定性。2.1.1機(jī)翼的功用有橫向操縱用的副翼、擾流片等。為了改善機(jī)翼的空氣動力效用在機(jī)翼的前、后緣越來越多地裝有各種形式的襟翼、縫翼等增升裝置，以提高飛機(jī)的起降或機(jī)動性能。

機(jī)翼上常安裝有起落架、發(fā)動機(jī)等其它部件。機(jī)翼的內(nèi)部空間常用來收藏主起落架和貯存燃油.第2頁/共92頁機(jī)翼站位數(shù)是指距離機(jī)身中心線的英寸數(shù)

第3頁/共92頁2.1.2機(jī)翼的外載荷飛機(jī)在飛行中，作用在機(jī)翼上的外載荷有：空氣動力、機(jī)翼結(jié)構(gòu)質(zhì)量力、部件及裝載質(zhì)量力，如圖所示。其中，空氣動力分布載荷是機(jī)翼的主要外載荷。

氣動力分布載荷機(jī)翼質(zhì)量力分布載荷發(fā)動機(jī)集中載荷機(jī)身反作用力第4頁/共92頁機(jī)翼結(jié)構(gòu)質(zhì)量力是機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量和它在飛行中產(chǎn)生的慣性力的總稱，即機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量和變速運(yùn)動慣性力。機(jī)翼在外部載荷作用下，象一根固定在機(jī)身上的懸臂梁一樣，要產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，因此，在這些外載荷作用下，機(jī)翼各截面要承受剪力、彎矩和扭矩。第5頁/共92頁垂直剪力水平剪力扭矩水平彎矩垂直彎矩

機(jī)翼上所受的剪力、彎矩、扭矩由于機(jī)翼結(jié)構(gòu)沿水平方向尺寸較大，因而水平剪力和水平彎矩對飛機(jī)結(jié)構(gòu)受力影響較小，在受力分析時只分析垂直剪力、扭矩和垂直彎矩。第6頁/共92頁2.1.3機(jī)翼的受力圖機(jī)翼主要受兩種類型的外載荷：一種是以空氣動力載荷為主，包括機(jī)翼結(jié)構(gòu)質(zhì)量力的分布載荷；另一種是由各連接點傳來的集中載荷。這些外載荷在機(jī)身與機(jī)翼的連接處，由機(jī)身提供的支反力取得平衡。第7頁/共92頁①如果機(jī)翼上只有空氣動力和機(jī)翼結(jié)構(gòu)質(zhì)量力，則越靠近機(jī)翼根部，橫載面上的剪力、彎矩和扭矩越大。

②當(dāng)機(jī)翼上同時作用有部件集中質(zhì)量力時，上述力圖會在集中質(zhì)量力作用處產(chǎn)生突變或轉(zhuǎn)折。剪力圖彎矩圖扭矩圖P部件空氣動力分布載荷機(jī)翼重力分布載荷一、平直機(jī)翼各截面的剪力、彎矩和扭矩圖

第8頁/共92頁試說明作用在平直機(jī)翼上的集中載荷對機(jī)翼剪力、彎矩的影響？使機(jī)翼剪力在集中載荷作用截面發(fā)生突變；彎矩發(fā)生轉(zhuǎn)折。集中載荷作用截面以內(nèi)機(jī)翼各截面上的剪力和彎矩減少。

第9頁/共92頁試說明作用在平直機(jī)翼上的集中載荷對機(jī)翼扭矩的影響？

使機(jī)翼扭矩在集中載荷作用截面上發(fā)生突變。變化值等于集中載荷與集中載荷作用點到機(jī)翼剛軸距離的乘積。第10頁/共92頁

機(jī)翼某橫截面承受的扭矩，等于該橫截面外端機(jī)翼上所有外力對機(jī)翼剛心軸力矩的代數(shù)和。扭矩的符號：使迎角增大為正，反之為負(fù)

如果外力不通過這一點，機(jī)翼的橫截面就會繞該點轉(zhuǎn)動，這個特殊的點稱為該橫截面的剛心剛心軸的定義是：機(jī)翼的每個橫截面上，都有一個特殊的點，當(dāng)外力通過這一點時，不會使橫截面轉(zhuǎn)動，機(jī)翼各橫截面剛心的連線稱機(jī)翼的剛心軸。

壓力中心剛心ΔM

扭=ΔQ·CΔQΔQ第11頁/共92頁剛心軸的定義?機(jī)翼的每個橫截面上，都有一個特殊的點，當(dāng)外力通過這一點時，不會使橫截面轉(zhuǎn)動，這個特殊的點稱為該橫截面的剛心。機(jī)翼各橫截面剛心的連線稱為機(jī)翼的剛心軸。第12頁/共92頁剪力圖彎矩圖扭矩圖二、后掠機(jī)翼各截面的剪力、彎矩和扭矩圖

第13頁/共92頁機(jī)翼的扭矩圖是如何做出的？扭矩圖：某橫截面承受的扭矩等于該截面外端機(jī)翼所有外載荷對剛心的力矩代數(shù)和。第14頁/共92頁2.1.4機(jī)翼結(jié)構(gòu)的典型元件蒙皮桁條翼肋翼梁緣條翼梁腹板縱向元件有翼梁、長桁、墻(腹板)橫向元件有翼肋(普通翼肋和加強(qiáng)翼肋)以及包在縱、橫元件組成的骨架外面的蒙皮第15頁/共92頁當(dāng)蒙皮較厚時，它常與長桁一起組成壁板，承受機(jī)翼彎矩引起的軸力。

蒙皮還參與機(jī)翼的總體受力——它和翼梁或翼墻的腹板組合在一起，形成封閉的盒式薄壁梁承受機(jī)翼的扭矩

一、蒙皮：蒙皮的直接功用是形成流線型的機(jī)翼外表面。

蒙皮受到垂直于其表面的局部氣動載荷；第16頁/共92頁二、長桁(也稱桁條)?長桁的主要功用是：?支持蒙皮，防止在空氣動力作用下產(chǎn)生過大的局部變形，并與蒙皮一起把空氣動力傳到翼肋上去；?提高蒙皮的抗剪和抗壓穩(wěn)定性，使蒙皮能更好地參與承受機(jī)翼的扭矩和彎矩；?長桁還能承受由彎矩引起的部分軸力。第17頁/共92頁蒙皮傳來的力桁條翼肋傳來的力翼肋蒙皮傳來的力桁條翼肋桁條翼肋蒙皮蒙皮傳來的力第18頁/共92頁三、翼肋翼肋是機(jī)翼結(jié)構(gòu)的橫向受力構(gòu)件翼肋按其功用可分為普通翼肋和加強(qiáng)翼肋兩種。普通翼肋的功用是：構(gòu)成并保持規(guī)定的翼型；把蒙皮和桁條傳給它的局部空氣動力傳遞給翼梁腹板，而把局部空氣動力形成的扭矩，通過鉚釘以剪流的形式傳給蒙皮；支持蒙皮、桁條、翼梁腹板，提高它們的穩(wěn)定性等。第19頁/共92頁腹板式普通翼肋通常都用鋁合金板制成，其彎邊用來同蒙皮和翼梁腹板鉚接。周緣彎邊和與它鉚接在一起的蒙皮，作為翼肋的緣條承受彎矩。翼肋的腹板則承受剪力。這種翼肋的腹板，強(qiáng)度一般都有富裕，為了減輕重量，腹板上往往開有大孔。利用這些大孔還可穿過副翼、襟翼等傳動構(gòu)件。為了提高腹板的穩(wěn)定性，開孔處往往還壓成卷邊，有時腹板上還鉚著加強(qiáng)支柱，或者壓成凹槽。第20頁/共92頁

加強(qiáng)翼肋除具有上述作用外，還要承受和傳遞較大的集中載荷。第21頁/共92頁在開口端部或翼根部位的加強(qiáng)翼肋，其主要功用是把機(jī)翼盒段上由一圈閉合剪流構(gòu)成的扭矩，轉(zhuǎn)換成一對垂直力構(gòu)成的力偶分別傳給翼梁或機(jī)身加強(qiáng)框。ΔQ剛心Δq扭

ΔM扭

Δq1

Δq2

第22頁/共92頁普通翼肋和加強(qiáng)翼肋的功用是什么？

普通翼肋的功用是：構(gòu)成并保持機(jī)翼的形狀；把蒙皮和長桁傳給它的空氣動力載荷傳遞給翼梁腹板，而把空氣動力形成的扭矩，通過鉚釘以剪流的形式傳遞給蒙皮；支持蒙皮、長桁和翼梁腹板，提高它們的穩(wěn)定性。加強(qiáng)翼肋除具有上述作用外，還要承受和傳遞較大的集中載荷。在開口端部或翼根部位的加強(qiáng)翼肋，其主要功用是把機(jī)翼盒段上由一圈閉合剪流構(gòu)成的扭矩，轉(zhuǎn)換成一對垂直力構(gòu)成的力偶分別傳給翼梁或機(jī)身加強(qiáng)框。

第23頁/共92頁四、翼梁

翼梁由腹板和緣條(也稱凸緣)組成。緣條橫剖面形狀多為“T”型材或角型材。腹板上還鉚接上許多支柱，這些支柱起連接翼肋和提高腹板受剪穩(wěn)定性的作用。緣條和腹板的橫剖面面積，由翼尖向翼根逐漸增大。翼梁的主要功用是承受機(jī)翼的剪力和部分或全部彎矩。腹板式翼梁整體式翼梁桁架式翼梁B—B截面A—A截面C—C截面D—D截面A—A截面B—B截面腹板支柱緣條直支柱斜支柱緣條第24頁/共92頁五、縱墻(包含腹板)縱墻的緣條比梁緣條弱得多，但大多強(qiáng)于一般長桁，縱墻與機(jī)身的連接為鉸接。有些腹板沒有緣條，有些腹板的緣條與長桁一樣強(qiáng)。墻和腹板一般都不能承受彎矩，但可以與蒙皮組成封閉的盒段來承受機(jī)翼的扭矩。后墻則還有封閉機(jī)翼內(nèi)部容積的作用。第25頁/共92頁機(jī)翼的特點是薄壁結(jié)構(gòu)，因此以上各元件之間的連接大多采用分散連接：如鉚釘連接、螺栓連接、點焊、膠接或它們的混合形式——如膠鉚等。腹板表示鉚接關(guān)系緣條緣條翼肋桁條蒙皮翼梁第26頁/共92頁2.1.5機(jī)翼結(jié)構(gòu)的典型受力形式機(jī)翼的典型受力形式有：梁式、單塊式、多腹板式或混合式等薄壁結(jié)構(gòu)，此外還有一些厚壁結(jié)構(gòu)(如整體壁板式)的機(jī)翼。梁式機(jī)翼通常有單梁式和雙梁式兩種。它們裝有一根或兩根強(qiáng)有力的翼梁，蒙皮很薄，桁條的數(shù)量不多而且較弱，有些機(jī)翼的桁條還是分段斷開的。第27頁/共92頁梁式機(jī)翼的桁條承受軸向力的能力極小，其主要作用是與蒙皮一起承受局部空氣動力，并提高蒙皮的抗剪穩(wěn)定性，使之能夠更好地承受扭矩。這種機(jī)翼蒙皮的抗壓穩(wěn)定性很差，機(jī)翼彎曲時受壓部分的蒙皮幾乎不能參與受力；而受拉部分的蒙皮，由于截面積很小，分擔(dān)的拉伸力也很小。由此可見，彎矩引起的軸向力主要是由翼梁緣條承受的。所以，這種機(jī)翼叫做梁式機(jī)翼。第28頁/共92頁第29頁/共92頁梁式機(jī)翼的受力特點是：彎曲引起的軸向力主要由翼梁的緣條承受。剪力由翼梁的腹板承受。對雙梁式機(jī)翼的扭矩可由前后梁腹板與上下蒙皮組成的盒段（合圍框）、前梁腹板與前緣蒙皮組成的盒段承受。梁式機(jī)翼的主要受力構(gòu)件是翼梁，因此，它具有便于開口、與機(jī)身(或機(jī)翼中段)連接較簡便等優(yōu)點。第30頁/共92頁翼肋桁條翼梁蒙皮副翼襟翼單塊式機(jī)翼現(xiàn)代飛機(jī)多采用單塊式機(jī)翼。單塊式機(jī)翼的構(gòu)造特點是：蒙皮較厚；桁條較多而且較強(qiáng)；翼梁的緣條較弱，有時緣條的橫截面積和桁條差不多。

第31頁/共92頁這種機(jī)翼的蒙皮，不僅具有良好的抗剪穩(wěn)定性，而且有較好的抗壓穩(wěn)定性，因此，它不僅能更好地承受機(jī)翼的扭矩，而且能同桁條一起承受機(jī)翼的大部分彎矩。由于這種機(jī)翼結(jié)構(gòu)，是由蒙皮、桁條和緣條組成一個整塊構(gòu)件來承受彎矩所引起的軸向力，所以叫做單塊式機(jī)翼。

第32頁/共92頁單塊式機(jī)翼的受力特點是：彎曲引起的軸向力由蒙皮、桁條和緣條組成的整體壁板承受。剪力由翼梁腹板承受。扭矩由蒙皮與翼梁腹板形成的閉室承受。單塊式機(jī)翼的優(yōu)點是：①通較好地保持翼型。②抗彎、扭剛度較大。③受力構(gòu)件分散。缺點是：①不便于開大艙口。②不便于承受集中載荷。③接頭聯(lián)接復(fù)雜。第33頁/共92頁說明單塊式機(jī)翼蒙皮在機(jī)翼受力、傳力中的作用？121、形成機(jī)翼的氣動外形，承受機(jī)翼表面的氣動載荷；2、與翼梁腹板或墻腹板組成閉室，受剪傳遞扭矩；3、與長桁、梁緣條組成壁板，受拉壓傳遞彎矩。

第34頁/共92頁機(jī)翼型式蒙皮桁條翼梁梁式機(jī)翼薄弱，少，有時斷開強(qiáng)，承受剪力和彎矩單塊式厚多，強(qiáng)較弱，承受剪力，小部分彎矩梁式、單塊式機(jī)翼的結(jié)構(gòu)特點第35頁/共92頁機(jī)翼型式剪力彎矩扭矩梁式機(jī)翼翼梁腹板翼梁緣條蒙皮與翼梁腹板的盒段單塊式翼梁腹板翼梁緣條、桁條、蒙皮組成壁板蒙皮與翼梁腹板的合段梁式、單塊式機(jī)翼的受力特點

第36頁/共92頁答案要點：梁式機(jī)翼的蒙皮較薄，桁條較弱且較少。桁條主要作用是支持蒙皮，承受局部氣動力和提高蒙皮的抗剪能力。由彎矩引起的拉力和壓力主要由翼梁緣條承受。單塊式機(jī)翼的蒙皮較厚，桁條較多且較強(qiáng)。它的橫截面面積與梁緣條的橫截面面積相近。上、下翼面的桁條和蒙皮通過受壓、拉承受絕大部分彎矩。梁式機(jī)翼和單塊式機(jī)翼在構(gòu)造和受力上有什么不同？

第37頁/共92頁多腹板式(或為多梁式)：這類機(jī)翼布置了較多的縱墻(一般多余5個)；蒙皮較厚(可從幾mm到十幾mm)；無長桁；有少肋、多肋兩種。但由于受集中力的需要，每側(cè)機(jī)翼上至少要布置3～5個加強(qiáng)翼肋.第38頁/共92頁機(jī)翼的平面形狀分為：直機(jī)翼、后掠翼、三角翼、小展弦比直機(jī)翼四種直機(jī)翼主要用于低速飛機(jī)上。后掠翼主要用于高亞音速和超音速飛機(jī)上。國外還有變后掠機(jī)翼的飛機(jī)，后掠角可在20°～70°之間變化，以適應(yīng)飛機(jī)低空低速、高空高速、低空高速的性能變化要求。三角翼和小展弦比直機(jī)翼用于超音速飛機(jī)上不同類型的平面形狀的機(jī)翼。第39頁/共92頁補(bǔ)充材料第40頁/共92頁機(jī)翼結(jié)構(gòu)橫剖面的內(nèi)力有哪些？飛機(jī)在負(fù)過載下，機(jī)翼的哪些部位受拉，哪些部位受壓？

機(jī)翼結(jié)構(gòu)橫剖面的內(nèi)力有：剪力、彎矩和扭矩。飛機(jī)在負(fù)過載下，機(jī)翼的上表面受拉，下表面受壓。

第41頁/共92頁作用在機(jī)翼的上翼面的空氣動力載荷是如何傳到機(jī)翼翼梁上去的？（1）氣動載荷通過鉚釘受拉傳到桁條和翼肋上去；

（2）傳到桁條上的載荷再通過角片和鉚釘傳到翼肋上去；（3）作用在翼肋上的載荷再通過角材和鉚釘傳到翼梁腹板和蒙皮上去。第42頁/共92頁2.2機(jī)身結(jié)構(gòu)的傳力分析(1)安置空勤組成員、旅客，裝載燃油、各種系統(tǒng)、設(shè)備以及貨物等；(2)把機(jī)翼、尾翼、起落架及發(fā)動機(jī)連接在一起，形成一架完整的飛機(jī)。第43頁/共92頁機(jī)身結(jié)構(gòu)的外載荷.

機(jī)翼、尾翼、起落架等部件的固定接頭傳來的集中載荷機(jī)身上各部件及裝載的質(zhì)量力.機(jī)身結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量力

氣密座艙的增壓載荷機(jī)身結(jié)構(gòu)的主要外載荷

第44頁/共92頁飛機(jī)在飛行和著陸過程中，機(jī)身結(jié)構(gòu)承受的外載荷有哪些？

飛機(jī)在飛行和著陸過程中，機(jī)身結(jié)構(gòu)承受由機(jī)翼、尾翼、起落架等部件的固定接頭傳來的集中載荷，承受機(jī)身上各部件及裝載的質(zhì)量力、機(jī)身結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量力以及氣密座艙的增壓載荷。第45頁/共92頁作用在機(jī)身上的外載荷，通?？梢苑譃閷ΨQ載荷和不對稱載荷兩種。與機(jī)身對稱面對稱的外載荷，稱為對稱載荷，反之稱為不對稱載荷。

第46頁/共92頁一、對稱載荷與機(jī)身對稱面對稱的載荷稱為對稱載荷。飛機(jī)平飛和在垂直平面內(nèi)作曲線飛行時，由機(jī)翼和水平尾翼的固定接頭傳給機(jī)身的載荷，以及當(dāng)飛機(jī)以三點或兩點（兩主輪）接地時，傳到機(jī)身上的地面撞擊力等，都屬于對稱載荷。在對稱載荷作用下，機(jī)身要受到對稱面內(nèi)的剪切和彎曲作用。一般在機(jī)身與機(jī)翼聯(lián)接點處，機(jī)身承受的剪力和彎矩最大。第47頁/共92頁1．飛機(jī)在垂直平面內(nèi)做機(jī)動飛行時，機(jī)身承受的對稱載荷

飛機(jī)在垂直平面內(nèi)做機(jī)動飛行時，機(jī)身除了要承受由機(jī)翼、尾翼固定接頭傳來的對稱載荷外，還要承受作用于對稱面的裝載(人員、燃油、設(shè)備)以及結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量力。當(dāng)飛機(jī)具有對重心的角加速度時，在沿機(jī)身縱向離開飛機(jī)重心的某處，其過載應(yīng)等于飛機(jī)重心的過載n加上由角加速度引起的附加過載Δn。第48頁/共92頁RARBRCRDDq剪力圖彎矩圖ABCD如圖所示，機(jī)身由A、B兩個連接接頭與機(jī)翼相連，機(jī)翼接頭對機(jī)身的支點的反作用力分別為RA和RB；水平尾翼的外載荷通過垂直尾翼機(jī)身相連的接頭C和D傳給機(jī)身，它們分別是RC和RD；機(jī)身的質(zhì)量力為q。由此可做出飛機(jī)在垂直平面內(nèi)做機(jī)動飛行時的剪力圖和彎矩圖。第49頁/共92頁

2．飛機(jī)接地時，機(jī)身承受的對稱載荷當(dāng)前三點式飛機(jī)以兩點接地時，主輪的載荷和此時機(jī)翼上的升力由機(jī)翼的固定接頭傳給機(jī)身；此外，機(jī)身還要承受質(zhì)量力。以上這些外載荷都是對稱載荷。前三點式飛機(jī)以兩點接地時，飛機(jī)有繞重心旋轉(zhuǎn)的角加速度。因此，機(jī)身上沿縱向各點處的過載應(yīng)等于飛機(jī)重心的過載與旋轉(zhuǎn)角加速度所引起的附加過載之和。第50頁/共92頁二、不對稱載荷與機(jī)身對稱面不對稱的載荷稱為不對稱載荷。機(jī)身的不對稱載荷主要有如下形式：①水平尾翼不對稱載荷當(dāng)水平尾翼的升力不對稱時，水平尾翼形成不對稱載荷。②垂直尾翼側(cè)向水平載荷③一個主輪接地時的撞擊力④飛機(jī)作急轉(zhuǎn)彎或側(cè)滑等飛行動作時，機(jī)身上的部件產(chǎn)生的側(cè)向慣性力。在不對稱載荷作用下，機(jī)身要承受剪切、彎曲、和扭轉(zhuǎn)。第51頁/共92頁側(cè)滑時水平尾翼上的不對稱載荷橫滾時水平尾翼上的不對稱載荷當(dāng)水平尾翼受到不對稱載荷時，一方面機(jī)身要受到對稱面內(nèi)的剪切和彎曲作用，另一方面由于兩側(cè)水平尾翼升力的合力Y不通過機(jī)身軸線，機(jī)身各橫截面還要受到扭矩作用第52頁/共92頁在不對稱載荷作用下機(jī)身的扭矩

上圖表示當(dāng)尾翼載荷產(chǎn)生的力矩與機(jī)翼前、后接頭傳來的力矩平衡時，機(jī)身的扭矩圖。

第53頁/共92頁后機(jī)身的扭矩是由什么載荷引起的？

（1）水平尾翼的不對稱載荷；（2）垂直尾翼的側(cè)向水平載荷；（3）一個主輪先接地時的撞擊載荷。第54頁/共92頁

水平尾翼的不對稱載荷在后機(jī)身內(nèi)引起什么內(nèi)力？對稱面內(nèi)的剪力、彎矩，還有扭矩。第55頁/共92頁

三、其它載荷飛行中，機(jī)身除承受機(jī)翼、尾翼傳來的集中載荷和質(zhì)量力外，還要承受局部空氣動力載荷和氣密座艙的增壓載荷。飛行中，機(jī)身表面還要承受局部空氣動力。但是，由于大部分表面承受的局部空氣動力較小，并且局部空氣動力沿橫截面周緣大致是對稱分布的，基本上能自相平衡而不再傳給機(jī)身的其它部分。因此，可以認(rèn)為局部空氣動力不會影響到整個機(jī)身結(jié)構(gòu)的受力，只對機(jī)身結(jié)構(gòu)的局部受力有一定的影響。第56頁/共92頁2.2.3機(jī)身結(jié)構(gòu)的傳力分析機(jī)翼、尾翼和起落架等部件傳來的集中載荷，都直接作用在加強(qiáng)隔框上。加強(qiáng)隔框周緣是與蒙皮鉚接在一起的。加強(qiáng)隔框沿鉚縫把載荷以剪流的形式傳給蒙皮。蒙皮本身承受和傳遞全部剪力和扭矩，并將彎矩傳遞給大梁和桁條。

第57頁/共92頁隔框框架蒙皮第58頁/共92頁蒙皮框架桁條隔框第59頁/共92頁蒙皮隔框桁條第60頁/共92頁一．垂直載荷的傳遞

加強(qiáng)隔框在承受垂直方向的對稱載荷時，要沿垂直方向移動。大梁抵抗垂直方向變形的能力很小，不能有效地阻止隔框垂直移動；而蒙皮（尤其是兩側(cè)蒙皮）抵抗垂直方向變形的能力較大，它能有效地阻止隔框垂直移動。因此，蒙皮是支持加強(qiáng)隔框的主要構(gòu)件。這時，加強(qiáng)隔框沿兩邊與蒙皮連接的鉚縫，把集中載荷以剪流的形式分散地傳給蒙皮；蒙皮則產(chǎn)生反作用剪流，來平衡加強(qiáng)隔框上的載荷。第61頁/共92頁剪流反作用剪流由于沿隔框周緣各部分蒙皮抵抗垂直方向變形的能力不同，周緣剪流的分布是不均勻的。機(jī)身兩側(cè)的蒙皮，抵抗垂直方向變形的能力比上下蒙皮強(qiáng)，因此，這個部位剪流較大。為了研究方便，可以認(rèn)為作用在隔框平面內(nèi)的垂直載荷完全傳給了兩側(cè)蒙皮，并由它產(chǎn)生的反作用剪流來平衡。即傳遞垂直載荷時，機(jī)身兩側(cè)蒙皮的作用相當(dāng)于翼梁的腹板。第62頁/共92頁在連接機(jī)翼的主要接頭處，機(jī)身橫截面上承受的剪力最大，因而這個部位的蒙皮較厚第63頁/共92頁

當(dāng)加強(qiáng)隔框受到不對稱垂直集中載荷作用時，可以把不對稱集中載荷分解為對稱部分和反對稱部分。反對稱集中載荷部分相當(dāng)于作用在加強(qiáng)隔框上一個扭矩。加強(qiáng)隔框沿周緣的鉚釘把扭矩以剪流的形式均勻地傳給蒙皮，蒙皮則產(chǎn)生反作用剪流，形成對隔框中心的反力矩，使隔框平衡。第64頁/共92頁當(dāng)加強(qiáng)隔框受到相對機(jī)身軸線不對稱垂直集中載荷作用時，隔框周緣同時產(chǎn)生兩個剪流，周緣各處總剪流的大小就等于這兩個剪流的代數(shù)和。第65頁/共92頁二．水平載荷的傳遞作用于加強(qiáng)隔框的水平載荷（例如來自垂直尾翼的載荷）通常是不對稱的，它對隔框的作用，相當(dāng)于一個作用于隔框中心處的力（即對機(jī)身的剪力），和一個對隔框中心的力矩（即對機(jī)身的扭矩）。第66頁/共92頁飛機(jī)在飛行中，垂直尾翼受到水平載荷時，在機(jī)身蒙皮哪部分產(chǎn)生的剪流最大，為什么？

接近垂直尾翼部分機(jī)身上蒙皮具有最大剪流。它等于水平剪力和扭矩產(chǎn)生的剪流之和。第67頁/共92頁加強(qiáng)隔框傳遞作用于中心處的力的情況，與傳遞垂直載荷相似，它同樣是沿鉚縫以剪流的形式將載荷分散地傳給蒙皮的。但由于力的方向是水平的，所以，機(jī)身上下蒙皮截面上產(chǎn)生的剪流最大。加強(qiáng)隔框承受扭矩時，要在自己的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。蒙皮組成的合圍框具有較大的抗扭剛度，它能通過鉚釘來阻止隔框旋轉(zhuǎn)。這樣，加強(qiáng)隔框便沿周緣鉚縫把扭矩以剪流的形式均勻地傳給蒙皮，蒙皮則產(chǎn)生反作用剪流，形成對隔框中心的反力矩，使隔框平衡。第68頁/共92頁加強(qiáng)隔框承受水平載荷時，隔框周緣要同時產(chǎn)生兩個剪流，即平衡力P的剪流和平衡力矩M的剪流。周緣各處的總剪流的大小，就是這兩個剪流的代數(shù)和。在承受垂直尾翼傳來的載荷時，隔框上部兩個剪流的方向相同，而下部方向相反。因此，固定垂直尾翼的加強(qiáng)隔框，上部受力較大，這些隔框的上部往往做得較強(qiáng)，而且機(jī)身尾段上部的蒙皮一般也比較厚。對于固定前起落架的加強(qiáng)隔框來說，在承受由前起落架傳來的側(cè)向水平載荷時，隔框下部的受力比上部大，所以，這種隔框的下部通常做得較強(qiáng)。第69頁/共92頁在前機(jī)身引起扭矩、水平面內(nèi)的剪力、彎矩。

作用在前起落架上的側(cè)向載荷會在前機(jī)身結(jié)構(gòu)中引起什么內(nèi)力？第70頁/共92頁試用前起落架側(cè)向載荷的作用，解釋為什么前起落架安裝部位的機(jī)身下蒙皮較厚？

側(cè)向載荷的剪力主要由上、下蒙皮承受，扭矩由一圈蒙皮承受，疊加結(jié)果下蒙皮剪力最大。

第71頁/共92頁2.3影響疲勞強(qiáng)度的因素2.3.1應(yīng)力集中的影響當(dāng)構(gòu)件受力時，在截面突變處應(yīng)力會局部增大。這種應(yīng)力局部增大的現(xiàn)象，稱為應(yīng)力集中。應(yīng)力集中對靜強(qiáng)度的影響程度與材料的性質(zhì)有關(guān)，對脆性材料的影響較大，對塑性較好的材料影響較小。這是因為對于塑性較好的材料，在靜載荷作用下，破壞前構(gòu)件內(nèi)的應(yīng)力已趨于均勻化。應(yīng)力集中對疲勞強(qiáng)度有著重大的影響，它會使疲勞強(qiáng)度大大降低。第72頁/共92頁

當(dāng)構(gòu)件受到外力作用而變形時，材料分子之間的距離發(fā)生變化，這時分子之間會產(chǎn)生一種反抗變形，力圖使分子間的距離恢復(fù)原狀的力，這種力叫內(nèi)力。要判斷構(gòu)件受力的嚴(yán)重程度，僅知道內(nèi)力的大小是不夠的。構(gòu)件在外力作用下，單位橫截面面積上的內(nèi)力叫做應(yīng)力。如果內(nèi)力是均勻分布的，則構(gòu)件任意截面上的應(yīng)力等于截面上的總內(nèi)力除以橫截面積。應(yīng)力可分成垂直于所取截面和平行于所取截面的兩個分量。垂直于橫截面的應(yīng)力稱為正應(yīng)力，平行于橫截面的應(yīng)力稱為剪應(yīng)力。內(nèi)力和應(yīng)力的概念第73頁/共92頁所有飛機(jī)都承受有五種主要應(yīng)力拉伸應(yīng)力壓縮應(yīng)力扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（扭矩）剪切應(yīng)力彎曲應(yīng)力（彎矩）第74頁/共92頁拉伸應(yīng)力是抵抗試圖拉斷物體的應(yīng)力。壓縮應(yīng)力是抵抗壓力的應(yīng)力。扭矩是產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形的應(yīng)力。剪切應(yīng)力是抵抗力圖引起材料某一層與相鄰一層產(chǎn)生相對錯動之力的應(yīng)力。彎曲應(yīng)力是壓縮應(yīng)力和拉伸應(yīng)力的組合。當(dāng)桿件受到彎曲作用時，彎曲的內(nèi)側(cè)面縮短（壓縮），而彎曲的外側(cè)面拉長（拉伸）拉伸壓縮扭轉(zhuǎn)剪切彎曲中性層拉伸壓縮第75頁/共92頁2.3.2表面加工的影響在交變載荷作用下，疲勞裂紋常發(fā)生在零構(gòu)件的表面。這是因為在彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷作用下，表面層的應(yīng)力最高，另外，在表面層的缺陷也往往最多。因此，表面的加工質(zhì)量對疲勞強(qiáng)度有很大的影響。表面光潔度對疲勞強(qiáng)度的影響是隨表面光潔度的提高，疲勞強(qiáng)度也提高。反之，表面加工越粗糙，疲勞強(qiáng)度的降低也就越嚴(yán)重。第76頁/共92頁2.3.3溫度對疲勞強(qiáng)度的影響溫度是影響疲勞強(qiáng)度的另一個重要因素。當(dāng)材料在低于蠕變溫度(例如，對于鋁合金，蠕變溫度為205C)的高溫下工作時，高溫對長壽命疲勞的影響是降低其疲勞強(qiáng)度。碳鋼的疲勞強(qiáng)度大約在100C時最低，以后隨溫度升高疲勞強(qiáng)度也升高，到350C左右時，疲勞強(qiáng)度達(dá)到最大，然后隨溫度繼續(xù)升高，疲勞強(qiáng)度迅速下降。同一種材料，熱處理不同，高溫下的疲勞性能也會有較大差別。

第77頁/共92頁在交變溫度作用下，就會引起交變的熱應(yīng)力，從而使構(gòu)件產(chǎn)生疲勞破壞。這種由交變熱應(yīng)力引起的疲勞破壞稱為“熱疲勞”。在高溫時發(fā)生的疲勞破壞有相當(dāng)大的部分是由這種熱疲勞引起的。發(fā)動機(jī)不斷起動和停車，使渦輪葉片、尾噴管等經(jīng)常發(fā)生由熱疲勞引起的裂紋。金屬材料在這種溫度下的疲勞強(qiáng)度較室溫下的疲勞強(qiáng)度高第78頁/共92頁2.3.4其它影響的因素冷作硬化和殘余應(yīng)力對疲勞強(qiáng)度有相當(dāng)大的影響。一般來說，零構(gòu)件表面有一層均勻的殘余壓應(yīng)力對疲勞強(qiáng)度是有利的，但若這種殘余應(yīng)力分布很不均勻，情況就不一樣了。反之，如果零構(gòu)件表面的殘余應(yīng)力是拉應(yīng)力，則會降低疲勞強(qiáng)度。金屬材料的熱處理方法及工藝過程對材料的靜強(qiáng)度及其它機(jī)械性能有明顯影響，同樣對材料的疲勞強(qiáng)度也會有明顯影響。飛機(jī)結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)裝配過程中，很多工藝因素會影響結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度。例如，過度的強(qiáng)迫裝配會影響疲勞強(qiáng)度。噪聲環(huán)境對結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度也有影響。由于大功率噴氣發(fā)動機(jī)的作用，使靠近噴口附近部位的飛機(jī)結(jié)構(gòu)因受到高聲強(qiáng)噪音的激勵而產(chǎn)生振動，產(chǎn)生所謂的“聲疲勞”。第79頁/共92頁2.4抗疲勞設(shè)計思想簡介2.4.1安全壽命設(shè)計思想安全壽命設(shè)計概念要求飛機(jī)結(jié)構(gòu)在使用壽命期內(nèi)不出現(xiàn)宏觀可檢裂紋，這也就是說安全壽命設(shè)計僅考慮裂紋的形成壽命，不考慮裂紋的擴(kuò)展壽命。由于檢測裂紋手段的限制，裂紋形成壽命實際上是指結(jié)構(gòu)從開始使用到形成一定尺寸裂紋(通常稱為工程可檢裂紋)的使用時間。這段使用時間也稱為安全使用壽命。第80頁/共92頁安全壽命設(shè)計思想是以結(jié)構(gòu)無初始缺陷假設(shè)為基礎(chǔ)的。安全壽命設(shè)計方法及相應(yīng)的規(guī)范不能夠確保飛機(jī)結(jié)構(gòu)的安全性。另外，靠用大的安全壽命系數(shù)來保證安全性和可靠性，又往往使構(gòu)件設(shè)計得太保守，所以，這種設(shè)計方法需要改進(jìn)。目前在飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，已普遍采用損傷容限設(shè)計方法，但是對于認(rèn)為不宜采用損傷容限概念的結(jié)構(gòu)，例如起落架和發(fā)動機(jī)架等，仍然采用安全壽命設(shè)計。第81頁/共92頁2.4.2破損安全設(shè)計思想

破損安全是指一個構(gòu)件破壞之后，它承擔(dān)的載荷可能由其他結(jié)構(gòu)件繼續(xù)承擔(dān)，以防止飛機(jī)的破壞，或造成剛度的降低過多而影響飛機(jī)的正常使用。也就是說，這種設(shè)計思想允許飛機(jī)結(jié)構(gòu)有局部破損，但必須保證飛機(jī)的安全。第82頁/共92頁

例如，民用飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)中要求長桁和框緣直接鉚接或點焊在蒙皮上，使機(jī)身蒙皮上出現(xiàn)的疲勞裂紋有可能被限制在兩根長桁和框緣組成的