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加筋板結(jié)構(gòu)是飛機設(shè)計中常用的一種典型的結(jié)構(gòu)形式，它廣泛應(yīng)用于機身和機翼表面結(jié)構(gòu)的設(shè)計中。加筋板結(jié)構(gòu)主要優(yōu)點是重量輕、強度高，且設(shè)計簡單。在飛機設(shè)計中，合理的選用加筋板結(jié)構(gòu)，可以在保持結(jié)構(gòu)性能的同時減輕結(jié)構(gòu)的重量，大大提高飛機設(shè)計制造的競爭能力。
加筋板結(jié)構(gòu)主要承受面內(nèi)拉伸、壓縮、剪切載荷，以及面外壓力載荷。因此，對加筋板設(shè)計不僅要對其壓縮屈曲破壞進(jìn)行強度分析，同時還要分析結(jié)構(gòu)拉伸、剪切破壞強度等。目前，對加筋板結(jié)構(gòu)在各種受載形式下的強度評估，國內(nèi)多數(shù)飛機設(shè)計單位還停留在手工計算水平。具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)軟件HAJIF系列，以及國外商用CAE軟件，如NASTRAN，ANSYS，ABAQUS等只能用于飛機結(jié)構(gòu)總體應(yīng)力分析，不能用于對結(jié)構(gòu)強度詳細(xì)設(shè)計。
為了滿足飛機設(shè)計需求，迫切需要開發(fā)功能齊全的、方便簡捷和便于工程人員使用的加筋板強度分析軟件。近年來，國外開展了飛機加筋板結(jié)構(gòu)強度評估的研究，根據(jù)自身特點形成了結(jié)構(gòu)快速設(shè)計和快速評估手段，并通過專業(yè)特有的試驗修正、專家支持，保證評估過程快速，評估結(jié)果可靠、準(zhǔn)確。在美國空軍研究實驗室(AFRL)支持下，美國Collier研究所與洛克希德公司聯(lián)合開發(fā)的HyperSizer軟件是一個加筋板破壞分析和優(yōu)化軟件，可以與有限元分析結(jié)合起來，進(jìn)行綜合強度評估和優(yōu)化。
針對飛機設(shè)計需求，中國飛機強度研究所開展了對飛機加筋板強度評估方法的研究�；谳S壓壁板有效寬度分析技術(shù)、剪切壁板張力場技術(shù)等研究了加筋板在面內(nèi)和面外壓力載荷作用下結(jié)構(gòu)強度的分析技術(shù)。結(jié)合研究所飛機壁板試驗數(shù)據(jù)，采用工程經(jīng)驗和半經(jīng)驗方法給出壁板和長析應(yīng)力的許用值的計算方法。在此基礎(chǔ)上，研制了加筋板快速強度評估軟件STRANAS。軟件面向工程設(shè)計，采用飛機研制中的強度分析技術(shù)，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)總體分析一細(xì)節(jié)分析一體化。在PATRAN平臺上，利用PCL語言開發(fā)了軟件前后置處理界面，綜合集成了工程細(xì)節(jié)強度分析程序、材料庫和型材庫，并與結(jié)構(gòu)的總體分析無縫連接，實現(xiàn)了加筋板結(jié)構(gòu)強度分析建模自動化，分析結(jié)果可視化。通過工程應(yīng)用考核了軟件的實用性、計算結(jié)果正確性。
STRANAS以《飛機設(shè)計手冊》為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代工程強度分析技術(shù)，以及中國飛機強度所壁板試驗數(shù)據(jù)庫，重點研究了金屬桿板梁構(gòu)件受拉時的強度、在軸壓力作用下的穩(wěn)定性、壁板在剪力和扭矩作用下的剪切強度和各種復(fù)合載荷下結(jié)構(gòu)強度的計算技術(shù)，并利用壁板試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了考核。
STRANAS求解技術(shù)介紹如下：長析和壁板的拉伸強度分別按單向和雙向應(yīng)力進(jìn)行分析。采用von Mises屈服準(zhǔn)則計算蒙皮形心和蒙皮邊緣的等效應(yīng)力。分析中考慮釘孔對結(jié)構(gòu)強度消弱影響。對內(nèi)壓情況，考慮了由內(nèi)壓引起的蒙皮和長析的附加應(yīng)力。承受均勻軸向壓縮載荷曲板臨界應(yīng)力計算。曲板的參數(shù)及受載形式見圖，K為屈曲系數(shù)，與曲板的長、寬、厚度、曲率半徑和支持條件有關(guān)，c為塑性修正系數(shù)。對受剪板的剪切破壞強度分析，采用張力場分析方法確定受剪板中的剪切應(yīng)力超過屈曲應(yīng)力時結(jié)構(gòu)剪切破壞應(yīng)力，并計算受剪板中的拉應(yīng)力和在四周框架上的附加應(yīng)力，以確定它們失效時承受的載荷。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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