波紋板剛度等效的工程方法

張松林

上海飛機設計研究院強度部

波紋板剛度等效的工程方法

張松林

上海飛機設計研究院強度部

本文介紹一種波紋板剛度等效工程方法，等效后的有限元模型變形結果與原模型很接近。

有限元；剛度等效；波紋板

引言

民用飛機結構中，有一種連續凸梗的薄鋁板（也稱作“波紋板”）。波紋板具有很好的面外剛度，可以承受增壓艙載荷。波紋的存在，也引起面內拉伸、剪切剛度的弱化。在全機有限元內力解模型中，典型多個連續凸梗的板簡化成1個四節點正交各向異性單元，該單元材料的拉伸、剪切剛度進行工程等效。

1 建立細節模型

建立等厚度等尺寸的平板、波紋板的細節模型。單元類型：3節點、4節點殼元。單元長度：3mm。

圖1 平板、波紋板的細節模型

3種工況：單位載荷下的平行凸梗方向拉伸，垂直凸梗方向拉伸，4邊剪切。邊界條件為靜定約束，進行線性分析。

2 等效方法

波紋板等效成正交各向異性板。平行凸梗方向、垂直凸梗方向的拉伸彈性模量等效方法如式（1）：

式中：

△l平——平板的變形，mm；

△l波——波紋板的變形，mm；

表1 平板、波紋板的變形比較及彈性模量的等效

表2 等效后的模型與波紋板的變形比較

E平——平板的拉伸彈性模量，MPa。波紋板的剪切彈性模量等效方法如式（2）：

式中：

△l平——平板的變形，mm；

△l波——波紋板的變形，mm；

G平——平板的剪切彈性模量，MPa。

波紋板等效成正交各項異性板的彈性模量見表1所示。

按照等效后的彈性模量，建立相同的幾何尺寸模型，按照相同的載荷工況下計算變形，見表2所示，誤差在1.4%，在工程可以接受（10%）的范圍內。

3 結語

建立一種剛度等效的工程方法，等效結果工程上可以接受，該方法可以用于相類似的結構形式中。

10.3969/j.issn.1001-8972.2013.07.021