薄壁构件中的剪切流动
“剪切流”的概念在航空航天领域非常重要,对于薄壁结构尤其如此。此外,我们都知道薄壁结构主导着航空航天结构。
薄壁结构的例子:
1.加强机身剪切板
2.用加强筋封闭的舱壁腹板区域
3.带有各种隔间和加强件的组合抗剪腹板和梁系统
4.带有边缘加强件的平板或曲面面板
5.带通道和倍频器的框架
6.带有纵梁和纵梁等的半硬壳式结构。
事实上,剪切流是梁或组合梁系统中垂直剪切载荷与弯矩共同作用的直接结果。我所说的“构建”是指结构是腹板和顶盖组件的组合。通常,梁系统由腹板和顶部/底部帽组成。
盖子本身可以是与网状物结合的多个部分。在机身部件的情况下,还有蒙皮对顶盖区域有贡献。
顶盖和底盖主要用于承受轴向和弯曲载荷,梁腹板主要用于承受平面剪切载荷。当然,紧固件或铆钉在组件之间传递系统中产生的剪切流。
剪切流——弯曲应力理论
首先,让我们考虑一个简支梁和该梁的左侧任意垂直剪切和弯矩载荷。见下图中该细分市场的FBD:
剪切流动梁段
首先,我们需要记住,梁段内给定区域的垂直剪应力必须等于水平平面剪应力才能达到平衡。此外,为了平衡,LHS剪力和右侧剪力在“a”段上必须相等。
在线段“a”的左侧:
弯曲应力 F_LHS = M*y/I
在线段“a”的右侧,由于距离FBD“a”的距离为“V”,我们现在有一个额外的力矩:
弯曲应力 F_RHS = M*(y/I)+V*a*(y/I)
从上图和方程中可以看出,梁段“a”的顶部阴影部分由于施加的弯曲应力而具有不平衡力δP。
因此,线段“a”阴影部分垂直面上的不平衡载荷为:
δP = V * A *(y/I)*δA
该载荷必须与y’处的水平面剪切载荷相平衡。
对于这一特定部分,顶部水平面上的剪应力为零,y’处的剪应力最高。
因此:
fs*(a*b) =Integral(y’,ymax) (V*a*y/I)dA
因此:
fs*(a*b) = (V*a*y/I)*Integral (y’, ymax)dA
众所周知,积分(y ',ymax)dA是阴影部分垂直面积的第一个力矩,积分在y上,通常称为Q。
Q = Integral (y’, ymax)dA
因此
fs*(a*b) = (V*a*y/I)*Q
或者
fs = VQ / Ib
其中:
fs =基本剪应力
V =垂直剪切力
Q =区域A的第一个力矩,在整个中性轴与其质心之间测量“y”
I =梁中性轴的第二面积矩或惯性矩
b =梁的宽度
剪切应力产生的剪切流
对于薄构件,宽度“b”是构件厚度“t”。因此腹板剪应力:
fs = (VQ / It) PSI
然后剪切流“q”:
q = fs*t = VQ/I (lb/in)
上式表示薄壁结构构件内的剪切流。该剪切流由施加的垂直剪切载荷和弯曲应力产生。铆钉样式必须能够承受这种载荷,而不会出现铆钉间屈曲或轴承或紧固件失效,这样梁系统才能作为一个复合构件。
请注意,由轴向构件界定的任何矩形腹板的剪切流都是恒定的,除非界定构件中轴向载荷的变化引起剪切力,反之亦然。还要注意,上面的等式只适用于对称截面。
结论:
薄壁结构承受独特的载荷,如“剪切流”。分析检查的类型对于这种基于剪切流的系统是独特的。