本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)/強(qiáng)度試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種飛行器薄壁結(jié)構(gòu)傳載特性同材料模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
對于特定的飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，需要通過靜力模型試驗(yàn)，對結(jié)構(gòu)效率進(jìn)行準(zhǔn)確、快速評估，驗(yàn)證數(shù)值分析結(jié)果。飛行器薄壁結(jié)構(gòu)承受的所有外載荷主要由面內(nèi)載荷平衡，例如上下壁板的拉壓與梁腹板的剪切共同抵抗機(jī)翼的彎曲，蒙皮、肋腹板、梁腹板的剪切抵抗機(jī)翼的扭轉(zhuǎn)。
在設(shè)計(jì)靜力模型試驗(yàn)來驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的傳載特性時，若縮放比例較大，薄壁結(jié)構(gòu)的厚度與面內(nèi)尺寸采用相同的縮放比例，在實(shí)際工程制造過程中會存在難以克服的困難。因此，需要尋求飛行器薄壁結(jié)構(gòu)的靜力模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的：提供一種飛行器薄壁結(jié)構(gòu)傳載特性同材料模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，針對較大的縮放比例消除工程制造困難。
本發(fā)明的技術(shù)方案：一種飛行器薄壁結(jié)構(gòu)傳載特性同材料模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟：
步驟一，確定模型機(jī)的外形尺寸和厚度縮放比例：L原型/L模型＝CL、t原型/t模型＝Ct；并選擇與原型機(jī)相同的材料，彈性模量CE＝E原型/E模型＝1、泊松比Cμ＝μ原型/μ模型＝1；
其中，調(diào)整薄壁結(jié)構(gòu)厚度的縮放比例，保證薄壁結(jié)構(gòu)的厚度t與長或?qū)抌的比滿足t/b≤1/80；
設(shè)定其他物理量的相似比，應(yīng)力相似比：Cσ＝σ原型/σ模型；應(yīng)變相似比：Cε＝ε原型/ε模型；位移相似比：Cδ＝δ原型/δ模型；面積力相似比：Cq＝q原型/q模型；
步驟二，根據(jù)相似理論與方程分析法導(dǎo)出如下相似指標(biāo)
幾何方程：
物理方程：
力邊界條件：
上述相似指標(biāo)只限于面內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變分量，這里的q為單位面積上作用的載荷，如果載荷為集中力或集中力矩則對應(yīng)的相似指標(biāo)為：
集中力：
集中力矩：
步驟三，保證原型與模型中的應(yīng)力應(yīng)變不變，即Cε＝1、Cσ＝1。根據(jù)步驟二中相似指標(biāo)計(jì)算模型試驗(yàn)中施加的載荷和所測得位移與原型的關(guān)系
模型試驗(yàn)中，保證與原型具有相同的約束，并施加如下載荷
施加的載荷級數(shù)以模型試驗(yàn)所測位移、應(yīng)變處于線性段為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，并由模型試驗(yàn)中測得的線性段物理量，按照如下關(guān)系式反推原型的物理量：
位移：δ原型＝δ模型CL
應(yīng)變：ε原型＝ε模型
應(yīng)力：σ原型＝σ模型。
本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供一種飛行器薄壁結(jié)構(gòu)傳載特性同材料模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，可以在保證結(jié)構(gòu)處于平面應(yīng)力狀態(tài)范圍內(nèi)調(diào)整結(jié)構(gòu)厚度的縮放比例，來消除工程制造困難。通過模型試驗(yàn)可以成倍地縮短試驗(yàn)周期與規(guī)模，節(jié)約成本，并降低飛行器方案論證階段的設(shè)計(jì)風(fēng)險。
具體實(shí)施方式
以某飛行器結(jié)構(gòu)傳載特性模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)為例。外形尺寸與結(jié)構(gòu)站位縮小到原來的1/5，結(jié)構(gòu)厚度縮小到原來的1/2。下面進(jìn)行模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)：
(1)選擇模型試驗(yàn)的縮放比例，保證薄壁結(jié)構(gòu)處于平面應(yīng)力狀態(tài)，
外形尺寸L原型/L模型＝CL＝5
結(jié)構(gòu)站位坐標(biāo)x原型/x摸型＝y(tǒng)原型/y摸型＝z原型/z摸型＝CL＝5
結(jié)構(gòu)厚度L原型/L模型＝Ct＝2
(2)選擇相同的材料
彈性模量：CE＝E原型/E橫型＝1泊松比：Cμ＝μ原型/μ橫型＝1
(3)設(shè)定其他物理量的相似比(只限于面內(nèi)位移、應(yīng)力、應(yīng)變分量)
應(yīng)力相似比：Cσ＝σ原型/σ模型
應(yīng)變相似比：Cε＝ε原型/ε模型
位移相似比：Cδ＝δ原型/δ模型
面積力相似比：Cq＝q原型/q模型
(4)根據(jù)相似理論與方程分析法導(dǎo)出如下相似指標(biāo)
幾何方程：
物理方程：
力邊界條件：
這里的q為單位面積上作用的載荷。如果載荷為集中力或集中力矩則對應(yīng)的相似指標(biāo)為：
集中力：
集中力矩：
(5)保證原型與模型中的應(yīng)力應(yīng)變不變，即Cε＝1、Cσ＝1。根據(jù)(4)中相似指標(biāo)計(jì)算模型試驗(yàn)中施加的載荷和所測得位移與原型的 關(guān)系
(6)模型試驗(yàn)中，保證與原型具有相同的約束，并施加如下載荷
施加的載荷級數(shù)以模型試驗(yàn)所測位移、應(yīng)變處于線性段為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，一般取40％的限制載荷。并由模型試驗(yàn)中測得的線性段物理量，按照如下關(guān)系式反推原型的物理量，分析結(jié)構(gòu)的傳載特性
位移：δ原型＝5δ模型
應(yīng)變：ε原型＝ε模型
應(yīng)力：σ原型＝σ模型。