Giáo trình kết cấu may bay

Lớp Kỹ Thuật Hàng Không K55. 1 MỤC LỤC MỤC LỤC .............................................................................................................. 1 DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH ........................................................... 2 Lời mở đầu. ............................................................................................................ 3 Chương 1: Cơ sở lý thuyết .................................................................................... 4 1.1 Bài toán cụ thể. ............................................................................................. 4 1.1.1 Thông số đầu vào. .................................................................................... 4 1.1.2 Thông số đầu ra. ....................................................................................... 4 1.1.3 Hình vẽ có tiêu đề và đánh số đầy đủ. ...................................................... 4 1.2 Cơ sở tính toán ............................................................................................. 5 1.2.1 Các giả thiết sử dụng : .............................................................................. 5 1.2.2 Các bước tính toán ................................................................................... 5 1.2.3 Các công thức sử dụng ............................................................................. 6 Chương 2: Xây dựng chương trình tính và kết quả ............................................. 9 2.1 Sơ đồ thuật toán ........................................................................................... 9 2.2 Kết quả của chương trình .......................................................................... 10 2.2.1. Áp dụng chương trình cho một bài toán cụ thể ...................................... 10 2.2.2 Các kết quả phương trình tính đưa ra ...................................................... 10 2.2.3. Đồ thị kết quả ........................................................................................ 11 2.3 Khảo sát ảnh hưởng của một vài thông số đầu vào đối với kết quả bài toán ................................................................................................................... 11 2.3.1. Bài toán 1 .............................................................................................. 11 2.3.2 Bài toán 2 ............................................................................................... 12 2.3.3 Bài toán 3 ............................................................................................... 13 2.3.4 Nhận xét ảnh hưởng của các thông số..................................................... 14 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 15 1. Các kết quả thu được ................................................................................... 15 2. Khó khăn và kiến nghị ................................................................................. 15 PHỤ LỤC : CODE CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ....................................... 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 22 Lớp Kỹ Thuật Hàng Không K55. 2 DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH BẢNG 1. 1 ỨNG SUẤT PHÁP TUYẾN σZ ................................................................................................ 6 BẢNG 1. 2 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT CẮT .............................................................................. 8 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… BẢNG 2. 1 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN BÀI TOÁN MẪU .............................................................................10 BẢNG 2. 2 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN BÀI TOÁN MẪU .............................................................................10 BẢNG 2. 3 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN BÀI TOÁN 1 ....................................................................................12 BẢNG 2. 4 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN BÀI TOÁN 1 ....................................................................................12 BẢNG 2. 5 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN BÀI TOÁN 2 ....................................................................................13 BẢNG 2. 6 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN BÀI TOÁN 2 ....................................................................................13 BẢNG 2. 7 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN BÀI TOÁN 3 ....................................................................................14 BẢNG 2. 8 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN BÀI TOÁN 3 ....................................................................................14 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… SƠ ĐỒ 2. 1 SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN............................................................................................................ 9 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… HÌNH 1. 1 THÂN MÁY BAY CHỊU LỰC CẮT VÀ UỐN .......................................................................... 5 HÌNH 1. 2 PHÂN CHIA DIÊN TÍCH THÂN .............................................................................................. 7 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… HÌNH 2. 1 ĐỒ THỊ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT QS .........................................................................................11 Lớp Kỹ Thuật Hàng Không K55. 3 Lời mở đầu. Mỗi khi hoa phượng nở đỏ khắp sân trường thì một mùa thi nữa lại về, mùa thi cũng là lúc mà học sinh sinh viên luôn tấp nập để hoàn thành nốt công việc học tập của mình. Với những kỹ sư hàng không tương lai cũng thế, đó cũng là lúc họ phải hoàn thành những bài tập lớn, những báo cáo cho môn học của riêng mình. Đến với môn kết cấu máy bay, đây môn học tối quan trong với bất kỳ kỹ sư hàng không nào. Cảm ơn thầy giáo: TS. Vũ Quốc Huy đã hướng dẫn tận tình cho chúng em, để chúng em có thể hoàn thành tốt nhất trong môn học này. Cũng như những kiến thức mà môn học mang lại. 4 Chương 1: Cơ sở lý thuyết 1.1 Bài toán cụ thể. 1.1.1 Thông số đầu vào. - Tiết diện đối xứng theo 2 trục - Bán kính cung tròn : R1 = 500 (mm) - Khoảng cách giữa 2 cung tròn : d1 = 500 (mm) - Số lượng boom trên một cung tròn : 5 (7,9,11….) - Tiết diện các gân tăng cứng ( các boom ) bằng nhau và bằng B1 = 150(mm2) - Tiết diện chịu lực cắt theo phương y : Sy = 50 (kN) Điểm đặt lực cách tâm C một khoảng r = 250 (mm) - Moomen uốn quanh trục x : Mx = 100 (kNm) 1.1.2 Thông số đầu ra. - Ứng suất pháp tuyến trên các gân tăng cứng σz - Phân bố ứng suất cắt trên vỏ qs 1.1.3 Hình vẽ có tiêu đề và đánh số đầy đủ. Chương 1 : Cơ sở lý thuyết Lớp Kỹ Thuật Hàng Không K55. 5 Hình 1. 1 Thân máy bay chịu lực cắt và uốn 1.2 Cơ sở tính toán : 1.2.1 Các giả thiết sử dụng : - Phương pháp lý tưởng hóa kết cấu được trình bày trong chương 20 tài liệu kết cấu máy bay. - Phương pháp tính chi tiết cho phần thân được trình bày trong chương 22 tài liệu kết cấu máy bay. 1.2.2 Các bước tính toán - Tính vị trí các gân tăng cứng - Tính mô men quán tính Ixx - Xác định giá trị ứng suất pháp tuyến σz - Tính ứng suất qb - Tính diện tích các phần thân Chương 1 : Cơ sở lý thuyết Lớp Kỹ Thuật Hàng Không K55. 6 - Tính ứng suất qs0 - Xác định ứng suất qs 1.2.3 Các công thức sử dụng - Tính toán vị trí các gân cứng : y1 = -y6 = d/2 + R y2 = -y5 = -y7 = y10 = d/2 +ܴ. sin 45o y3 = y4 = y8 = y9 = d/2 - Mô men quán tính Ixx : Ixx = B.∑ (yଵ଴ଵ i)2 - Ứng suất pháp σz : σz = [(MyIxx –MxIxy)\(IxxIyy −I2xy)]. x + [(MxIyy –MyIxy)\(IxxIyy −I2xy)]. y (16.18) σz = Mx.(Iyyy−Ixyx)\(IxxIyy −I2xy)) + My.(Ixxx−Ixyy)\(IxxIyy –I2xy) (16.19) Thân đối xứng nên Ixy=0, My = 0 nên ta viết lại được : σz = Mx.y/Ixx σz 1 2 3 4 5 176.55 142.07 58.85 -58.85 -142.07 6 7 8 9 10 -176.55 -142.07 -58.85 58.85 142.07 Bảng 1. 1 Ứng suất pháp tuyến σz - Tính ứng suất qb : qb = -Sy.B.yi/Ixx + qb i-1 Với qb8,9 = 0 ( qb tại vị trí 8,9) ta lần lượt tính được các ứng suất qb - Tính diện tích các phần thân : Diện tích tổng : A = π.R2 + 2.R.d Diện tích các phần con : ta chia như hình 1.2 A3,4 = A8,9 = R.d Chương 1 : Cơ sở lý thuyết Lớp Kỹ Thuật Hàng Không K55. 7 A1,2 = A2,3 = A4,5 = A5,6 = A6,7 = A7,8 = A9,10 =A10,1 = π.R2/8 ( Mỗi hình có diện tích bằng ¼ nửa hình tròn) Hình 1. 2 Phân chia diên tích thân - Tính ứng suất qs0 : Ta có : Sy×103×r = ∫qbpds+ 2Aqs0 Khai triển : ∫qbpds = −2A1,2qb1,2 − 2A23qb2,3 −· · ·−2A10,1qb10,l Sy*1000*r = -4.A12.( - qb1,2 - qb2,3 - qb10,1 - qb9,10)-4.A3,4.(-qb3,4) - 2.qs0.A Tính toán ta được : qs0 = 26.55 N/mm Chương 1 : Cơ sở lý thuyết Lớp Kỹ Thuật Hàng Không K55. 8 - Tính ứng suất qs : qs = qb + qs0 - Tính toán các giá trị ta được bảng sau : Skill panel Boom yi (mm) Qb (N/mm) Qs (N/mm) 1 2 1 750.00 -28.31 -1.76 2 3 2 603.55 -38.96 -12.41 3 4 3 250.00 -43.38 -16.83 4 5 4 -250.00 -38.96 -12.41 5 6 5 -603.55 -28.31 -1.76 6 7 6 -750.00 -15.07 11.48 7 8 7 -603.55 -4.41 22.14 8 9 8 -250.00 0 26.55 9 10 9 250.00 -4.41 22.14 10 1 10 603.55 -15.07 11.48 Bảng 1. 2 Kết quả tính toán ứng suất cắt 9 Chương 2: Xây dựng chương trình tính và kết quả 2.1 Sơ đồ thuật toán : Nhập các thông số đầu vào Tính mô men quán tính Ixx Tính σz Tính vị trí các gân yi Tính qb Tính các diện tích phần thân Tính qs0 Tính qs Xuất kết quả tính toán Sơ đồ 2. 1 Sơ đồ thuật toán Chương 2 : Xây dựng phương trình tính và kết quả Lớp Kỹ Thuật Hàng Không K55. 10 2.2 Kết quả của chương trình 2.2.1. Áp dụng chương trình cho một bài toán cụ thể + Các thông số ban đầu: - Khoảng cách 2 cung tròn d: d = 500 mm - Bán kính 2 cung tròn R: R = 500 mm - Khoảng cách điểm đặt lực tới trục y : r = 250 mm - Tiết diện gân tăng cứng B : B = 150 mm2 - Moomen theo phương x Mx : Mx= 100 kNm - Lực cắt theo phương y Sy : Sy = 50 kN - Số boom : 5 2.2.2 Các kết quả phương trình tính đưa ra : Skill panel Boom yi (mm) σzi (N/mm2) Qb (N/mm) A (mm2) Qs (N/mm) 1 2 1 750.00 176.55 -28.31 98171.77 -1.76 2 3 2 603.55 142.07 -38.96 98171.77 -12.41 3 4 3 250.00 58.85 -43.38 250000 -16.83 4 5 4 -250.00 -58.85 -38.96 98171.77 -12.41 5 6 5 -603.55 -142.07 -28.31 98171.77 -1.76 6 7 6 -750.00 -176.55 -15.07 98171.77 11.48 7 8 7 -603.55 -142.07 -4.41 98171.77 22.14 8 9 8 -250.00 -58.85 0 250000 26.55 9 10 9 250.00 58.85 -4.41 98171.77 22.14 10 1 10 603.55 142.07 -15.07 98171.77 11.48 Bảng 2. 1 Kết quả tính toán bài toán mẫu Các giá trị Ixx 4,25.10 8mm4 A 1285398,13mm 2 qs0 26,55N/mm Bảng 2. 2 Kết quả tính toán bài toán mẫu Chương 2 : Xây dựng phương trình tính và kết quả Lớp Kỹ Thuật Hàng Không K55. 11 2.2.3. Đồ thị kết quả Hình 2. 1 Đồ thị phân bố ứng suất qs 2.3 Khảo sát ảnh hưởng của một vài thông số đầu vào đối với kết quả bài toán 2.3.1. Bài toán 1 + Các thông số ban đầu: - Khoảng cách 2 cung tròn d: d = 400 mm - Bán kính 2 cung tròn R: R = 300 mm - Số boom : 5 - Tiết diện gân tăng cứng B : B = 200 mm2 - Lực cắt theo phương y Sy : Sy = 100 kN - Khoảng cách điểm đặt lực tới trục y : r = 200 mm - Moomen theo phương x Mx : Mx= 200 kNm Chương 2 : Xây dựng phương trình tính và kết quả Lớp Kỹ Thuật Hàng Không K55. 12 + Kết quả tính toán : Skill panel Boom yi (mm) σzi (N/mm2) Qb (N/mm) A (mm2) Qs (N/mm) 1 2 1 500.00 373.30 -83.03 35342.92 0.46 2 3 2 412.13 307.70 -113.80 35342.92 -30.30 3 4 3 200.00 149.32 -128.73 120000 -45.24 4 5 4 -200.00 -149.32 -113.80 35342.92 -30.30 5 6 5 -412.13 -307.70 -83.03 35342.92 0.46 6 7 6 -500.00 -373.30 -45.70 35342.92 37.79 7 8 7 -412.13 -307.70 -14.93 35342.92 68.56 8 9 8 -200.00 -149.32 0 120000 83.50 9 10 9 200.00 149.32 -14.93 35342.92 68.56 10 1 10 412.13 307.70 -45.70 35342.92 37.79 Bảng 2. 3 Kết quả tính toán bài toán 1 Các giá trị Ixx 2,68.10 8mm4 A 522743,34mm 2 qs0 83.50N/mm Bảng 2. 4 Kết quả tính toán bài toán 1 2.3.2 Bài toán 2 + Các thông số ban đầu: - Khoảng cách 2 cung tròn d: d = 500 mm - Bán kính 2 cung tròn R: R = 300 mm - Số boom : 7 - Tiết diện gân tăng cứng B : B = 200 mm2 - Lực cắt theo phương y Sy : Sy = 100 kN - Khoảng cách điểm đặt lực tới trục y : r = 200 mm - Moomen theo phương x Mx : Mx= 300 kNm + Kết quả tính toán : Chương 2 : Xây dựng phương trình tính và kết quả Lớp Kỹ Thuật Hàng Không K55. 13 Skill panel Boom yi (mm) σzi (N/mm2) Qb (N/mm) A (mm2) Qs (N/mm) 1 2 1 550 325.49 -67.46 23561.94 6.31 2 3 2 509.81 301.71 -87.57 23561.94 -13.83 3 4 3 400 236.72 -103.35 23561.94 -29.58 4 5 4 250 147.95 -113.22 150000 -39.45 5 6 5 -250 -147.95 -103.35 23561.94 -29.58 6 7 6 -400 -236.72 -87.57 23561.94 -13.80 7 8 7 -509.81 -301.71 -67.46 23561.94 6.31 8 9 8 -550 -325.49 -45.76 23561.94 28.01 9 10 9 -509.81 -301.71 -25.64 23561.94 48.12 10 11 10 -400 -236.72 -9.86 23561.94 63.91 11 12 11 -250 -147.95 0 150000 73.77 12 13 12 250 147.95 -9.86 23561.94 63.91 13 14 13 400 236.72 -25.64 23561.94 48.12 14 1 14 509.81 301.71 -45.76 23561.94 28.01 Bảng 2. 5 Kết quả tính toán bài toán 2 Các giá trị Ixx 5,07.10 8mm4 A 582743.31mm 2 qs0 73.77N/mm Bảng 2. 6 Kết quả tính toán bài toán 2 2.3.3 Bài toán 3 + Các thông số ban đầu: - Khoảng cách 2 cung tròn d: d = 500 mm - Bán kính 2 cung tròn R: R = 500 mm - Số boom : 9 - Tiết diện gân tăng cứng B : B = 150 mm2 - Lực cắt theo phương y Sy : Sy = 50 kN - Khoảng cách điểm đặt lực tới trục y : r = 250 mm - Moomen theo phương x Mx : Mx= 100 kNm + Kết quả tính toán : Chương 2 : Xây dựng phương trình tính và kết quả Lớp Kỹ Thuật Hàng Không K55. 14 Skill panel Boom yi (mm) σzi (N/mm2) Qb (N/mm) A (mm2) Qs (N/mm) 1 2 1 750 88.67 -24.45 49087.39 1.54 2 3 2 711.94 84.17 -30.76 49087.39 -4.78 3 4 3 603.55 71.36 -36.11 49087.39 -10.13 4 5 4 441.34 52.18 -40.02 49087.39 -14.04 5 6 5 250 29.56 -42.24 250000 -16.26 6 7 6 -250 -29.56 -40.02 49087.39 -14.04 7 8 7 -441.34 -52.18 -36.11 49087.39 -10.13 8 9 8 -603.55 -71.36 -30.76 49087.39 -4.78 9 10 9 -711.94 -84.17 -24.45 49087.39 1.54 10 11 10 -750 -88.67 -17.80 49087.39 8.19 11 12 11 -711.94 -84.17 -11.48 49087.39 14.50 12 13 12 -603.55 -71.36 -6.13 49087.39 19.85 13 14 13 -441.34 -52.18 -2.22 49087.39 23.77 14 15 14 -250 -29.56 0 250000 25.98 15 16 15 250 29.56 -2.22 49087.39 23.77 16 17 16 441.34 52.18 -6.13 49087.39 19.85 17 18 17 603.55 71.36 -11.48 49087.39 14.50 18 1 18 711.94 84.17 -17.80 49087.39 8.19 Bảng 2. 7 Kết quả tính toán bài toán 3 Các giá trị Ixx 8.46.10 8mm4 A 1285398.13mm 2 qs0 25.98N/mm Bảng 2. 8 Kết quả tính toán bài toán 3 2.3.4 Nhận xét ảnh hưởng của các thông số - Ảnh hưởng của số boom : làm giá trị ứng suất thay đổi đều hơn - Tăng d có thể làm tăng ứng suất qs - Tăng R làm giảm ứng suất pháp σz,qs - Tăng B làm giảm ứng suất pháp σz, nhưng qs không đổi Lớp Kỹ Thuật Hàng Không K55. 15 KẾT LUẬN 1. Các kết quả thu được - Biết cách tính các ứng suất trên thân máy bay. - Nắm được sự ảnh hưởng của một số thông số đến sự phân bố ứng suất 2. Khó khăn và kiến nghị - Một số công thức vẫn chưa hiểu thật rõ. Lớp Kỹ Thuật Hàng Không K55. 16 PHỤ LỤC : CODE CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN Viết trên nền chương trình C-free 5 #include #include #include #include #define PI 3.14159265 int main () { double y[20],qs[40][40],A[20][20],USPT[20],qb[40][40]; int soboom,i,k,m; float R1,r,B,Mx,d,Sy,bien,Ixx,qs0,j,DT; //nhap du lieu bai toan printf("\n Nhap vao khoang cach hai cung tron, d1 (mm) = "); scanf("%f",&d); printf("\n Nhap vao Nhap vao ban kinh cung tron, R1 (mm) = "); scanf("%f",&R1); printf("\n So boom tren mot cung tron la : soboom = "); scanf("%d",&soboom); printf("\n Nhap vao tiet dien cac gan tang cung , B (mm2) = "); scanf("%f",&B); printf("\n Nhap vao tiet dien chiu luc cat theo phuong y ,Sy (kN) = "); scanf("%f",&Sy); printf("\n Khoang cach dat luc r (mm) = "); scanf("%f",&r); Lớp Kỹ Thuật Hàng Không K55. 17 printf("\n Nhap vao momen uon quanh truc x , Mx (kNm) = "); scanf("%f",&Mx); getch(); system("cls"); //tinh toan // vi tri cac gan tang cung m = ceil(soboom/2)+1; for(i=1;i<=m;i++) { y[i]=d/2+R1*cos((PI/(soboom-1))*(i-1)); } for (i=1;i<m;i++) { y[m+i]=-y[m-i+1]; } for (i=1;i<=soboom;i++) { y[i+soboom]=-y[i]; } m=2*soboom; printf("\n Vi tri cac gan tang cung la : "); for (i=1;i<=m;i++) { printf("\n Gan %2d la y[%2d] = %7.2lf",i,i,y[i]); } getch(); system("cls"); //tinh Ixx Ixx=0; m=2*soboom; Lớp Kỹ Thuật Hàng Không K55. 18 for (i=1;i<=m;i++) { Ixx=Ixx+B*y[i]*y[i]; } printf("\n Ixx = %5.2E",Ixx); getch(); system("cls"); //tinh ung suat phap tuyen tren cac gan tang cung m = ceil(soboom/2)+1; for(i=1;i<=m;i++) { USPT[i]=Mx*1000000*y[i]/Ixx; } for (i=1;i<m;i++) { USPT[m+i]=-USPT[m-i+1]; } for (i=1;i<=soboom;i++) { USPT[i+soboom]=-USPT[i]; } m=2*soboom; printf("\n Ung suat phap tuyen tren cac gan la : "); for (i=1;i<=m;i++) { printf("\n Gan %2d la %7.2lf",i,USPT[i]); } getch(); system("cls"); Lớp Kỹ Thuật Hàng Không K55. 19 //tinh qb m = ceil(soboom/2)+1+soboom; qb[m][m+1] = 0; k = 2*soboom+1; j = -Sy*1000*B/Ixx; y[k] = y[1]; for (i=m+1;i<=k;i++) { qb[i][i+1] = j*y[i]+qb[i-1][i]; } qb[k-1][1] = qb[k-1][k]; qb[1][2] = qb[k][k+1]; for (i=2;i<m;i++) { qb[i][i+1] = j*y[i]+qb[i-1][i]; } m=2*soboom; for (i=1;i<m;i++) { printf("\n Ung suat qb[%2d][%2d] = %7.2lf N/mm",i,i+1,qb[i][i+1]); } printf("\n Ung suat qb[%2d][%2d] = %7.2lf N/mm",m,1,qb[m][1]); getch(); system("cls"); //dien tich than DT = PI*R1*R1+2*d*R1; m = 2*soboom; for (i=1;i<=m;i++) { A[i][i+1]=PI*R1*R1/(2*(soboom-1)); Lớp Kỹ Thuật Hàng Không K55. 20 } A[m][1]=A[m][m+1]; m = ceil(soboom/2)+1; A[m][m+1]=A[m+soboom][m+soboom+1]=R1*d; m=2*soboom; printf("\n Tong dien tich than A = %10.2lf mm2",DT); printf("\n"); printf("\n Dien tich cac phan than la : "); for (i=1;i<m;i++) { printf("\n A[%2d][%2d] = %10.2lf mm2",i,i+1,A[i][i+1]); } printf("\n A[%2d][%2d] = %10.2lf mm2",m,1,A[m][1]); getch(); system("cls"); //tinh qs0 m = 2*soboom; j = 0; for (i=1;i<m;i++) { j = j + 2*A[i][i+1]*qb[i][i+1]; } j = j + 2*A[m][1]*qb[m][1]; qs0 = (Sy*1000*r-j)/(2*DT); printf("\n Gia tri qs0 = %7.2lf N/mm",qs0); getch(); system("cls"); //tinh qs m = 2*soboom; printf("\n Ung suat cat tren cac phan vo la : "); for (i=1;i<m;i++) Lớp Kỹ Thuật Hàng Không K55. 21 { qs[i][i+1] = qb[i][i+1]+qs0; printf("\n Vo [%2d][%2d] la qs[%2d][%2d] = %7.2lf N/mm",i,i+1,i,i+1,qs[i][i+1]); } qs[m][1] = qb[m][1]+qs0; printf("\n Vo [%2d][%2d] la qs[%2d][%2d] = %7.2lf N/mm",m,1,m,1,qs[m][1]); getch(); } Lớp Kỹ Thuật Hàng Không K55. 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO - Giáo trình kết cấu may bay - Giáo trình tin học đại cương