波纹板刚度等效的工程方法

张松林

上海飞机设计研究院强度部

波纹板刚度等效的工程方法

张松林

上海飞机设计研究院强度部

本文介绍一种波纹板刚度等效工程方法，等效后的有限元模型变形结果与原模型很接近。

有限元；刚度等效；波纹板

引言

民用飞机结构中，有一种连续凸梗的薄铝板（也称作“波纹板”）。波纹板具有很好的面外刚度，可以承受增压舱载荷。波纹的存在，也引起面内拉伸、剪切刚度的弱化。在全机有限元内力解模型中，典型多个连续凸梗的板简化成1个四节点正交各向异性单元，该单元材料的拉伸、剪切刚度进行工程等效。

1 建立细节模型

建立等厚度等尺寸的平板、波纹板的细节模型。单元类型：3节点、4节点壳元。单元长度：3mm。

图1 平板、波纹板的细节模型

3种工况：单位载荷下的平行凸梗方向拉伸，垂直凸梗方向拉伸，4边剪切。边界条件为静定约束，进行线性分析。

2 等效方法

波纹板等效成正交各向异性板。平行凸梗方向、垂直凸梗方向的拉伸弹性模量等效方法如式（1）：

式中：

△l平——平板的变形，mm；

△l波——波纹板的变形，mm；

表1 平板、波纹板的变形比较及弹性模量的等效

表2 等效后的模型与波纹板的变形比较

E平——平板的拉伸弹性模量，MPa。波纹板的剪切弹性模量等效方法如式（2）：

式中：

△l平——平板的变形，mm；

△l波——波纹板的变形，mm；

G平——平板的剪切弹性模量，MPa。

波纹板等效成正交各项异性板的弹性模量见表1所示。

按照等效后的弹性模量，建立相同的几何尺寸模型，按照相同的载荷工况下计算变形，见表2所示，误差在1.4%，在工程可以接受（10%）的范围内。

3 结语

建立一种刚度等效的工程方法，等效结果工程上可以接受，该方法可以用于相类似的结构形式中。

10.3969/j.issn.1001-8972.2013.07.021