Analiza wpływu średnicy i ukształtowania otworów odciążających na stan wytężenia pokryć dźwigarów cienkościennych

• Autorzy: Mańkowski J. , Szymański R.

Warianty tytułu

EN

Evaluation of the impact the diameter and shape of lightening holes on effort of webs and values of critical forces of thin-walled girders

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł ten poświęcony jest analizie wpływu otworów odciążających na wartość sił krytycznych oraz lokalne wytężenie materiału pokrycia. Takie otwory wykonywane są np.: w pokryciach dźwigarów, żeber, itp. elementów konstrukcji cienkościennych. Sto-sowanie otworów "odciążających" jest znane od wielu lat i chętnie stosowane w kon-strukcjach lotniczych. Są przynajmniej dwa powody ich stosowania: po pierwsze pod-niesienie siły krytycznej dla pokrycia; po drugie zmniejszenie masy. Oba powody sta-nowią niewątpliwe zalety. Pomimo powszechności tego typu rozwiązań, w literaturze nie ma rzetelnych opracowań analitycznych wspomnianego problemu. Zwłaszcza w od-niesieniu do zwłaszcza zjawisk lokalnych, które powodują koncentracje naprężeń wokół otworów i w miejscach połączeń blach pokrycia z elementami szkieletu. Oczywiście, takie opracowania istnieją, natomiast zwykle są to niepublikowane opracowania wewnętrzne stanowiące „knowhow” zakładu produkcyjnego. Jeśli chodzi o publikacje, to w większości przypadków mamy odniesienia do dawnych prac badawczych. Dla przykładu można wymienić prace wykonane dla firmy SAAB, które opublikował Heinrich Hertel w 1960 roku. Jednym z osiągnięć tych prac było twierdzenie, że postać wyboczenia dźwigara z otworami odciążającymi jest zależna od stosunku średnicy otworów do podziałki. Ze względu na zbyt małą ilość opublikowanych danych nie udało się potwierdzić powyższego twierdzenia. Stwierdzono natomiast, że owszem, wprowadzenie otworów „odciążających” zwiększa siłę krytyczną dla pokrycia, ale powoduje również istotny wzrost naprężeń zredukowanych w pokryciu. W niniejszej pracy przedstawione zostały wyniki analiz typowych, dwupasowych dźwigarów cienkościennych. Zakres analiz obejmował obliczenia sił krytycznych oraz nieliniowe analizy zginania dźwigarów. Rozpatrzono dwa przypadki: dźwigar bez usztywnień poprzecznych oraz dźwigar z poprzeczkami zwiększającymi sztywność szkieletu. Dla obu przypadków wykonano obliczenia uwzględniające trzy najbardziej rozpowszechnione sposoby wykonania otworów odciążających: Lufo - Schussler, Naca-Kuhn, SAAB-Anevi. Rozwiązania te różnią się sposobem ukształtowania brzegów otworów. Analizy obejmowały najczęściej występujący przypadek pracy tego typu konstrukcji – tj. przypadek, w którym obciążenie dźwigara działa w płaszczyźnie pokrycia. Uzyskane wyniki obliczeń pozwoliły na analizę sił krytycznych oraz ocenę stanu wytężenia pokrycia w okolicach otworów odciążających. Stwierdzono, że otwory odcią-żające, stosowane w cienkościennych dźwigarach, żebrach, itp. konstrukcjach, powodują wzrost siły krytycznej oraz znaczące obniżenie masy, ale niosą ze sobą również niebezpieczeństwo powstania znacznych koncentracji naprężeń w blachach pokrycia.

EN

This article is devoted to the analysis of the effect of lightening holes on the value of the critical forces and local effort of covering material. Such holes are made for example in the coatings beams, ribs, etc. of thin-walled structure elements. The uses of lightening holes are known for many years and are luckily used in aircraft construction. There are at least two reasons for using them: first raising the critical force of cover, and second weight reduction. Both reasons are undoubted advantages. Despite the prevalence of this type of solutions, in the literature there are no reliable analytical studies of this problem. Especially, with regard to the particular local phenomena which cause stress concentrations around the openings and joints between sheets of cover elements of the framework. Of course, such studies exist, but they are usually not published internal develop constituting knowhow of production plant. As for publications, in most cases, we have reference to the former research. For example, you can replace the work done for the company SAAB, which were published by Heinrich Hertel in 1960. One of the achievements of this work was to claim that the buckling mode of girder with lightening holes is dependent on the ratio of hole diameter to pitch. Due to the very small amount of published data has failed to confirm this assertion. It was found, however, that, yes; the introduction of lightening holes increases the criti-cal force for cover, but also causes a significant increase in reduced stresses in the cover. In this paper we present the results of analyzes of typical thin-walled two-flange girders. Examined two cases: girder without transverse stiffeners and girder with cross increases the framework rigidity. For both cases performed calculations using the three most common ways to do lightening holes: Lufo - Schussler, Naca-Kuhn, and SAAB-Anevi. These solutions differ in the way the edges shaping holes. The analyzes included the most common case of this type of construction work - that is, a case in which the load girder is in the plane of the cover. The results of calculations made it possible to analyze the forces and critical assessment of the effort in the area of coverage of lightening holes. It has been found, that the lightening holes, used in thin-walled beams, ribs, etc. structures, causes increasing of the critical and significant weight reduction, but also carry the danger of significant stress concentration in the sheet metal cover.

Słowa kluczowe

PL

pole ciągnień; dźwigar cienkościenny; otwór odciążający; MES (metoda elementów skończonych)

EN

tension field; thin walled girder; lightening hole; FEM

• Wydawca: Instytut Pojazdów Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów / Politechnika Warszawska
• Rocznik: 2014
• Tom: z. 2/98
• Strony: 157--164
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mańkowski J.

• Instytut Podstaw Budowy Maszyn Politechniki Warszawskiej

autor

Szymański R.

• Instytut Lotnictwa

Bibliografia

• [1] Lewitowicz J., Podstawy eksploatacji statków powietrznych, Tom 1. Statek powietrzny i elementy teorii, Warszawa, Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych, 2001. ISBN: 83-900817-4-1
• [2] Błażewicz W., Budowa samolotów, obciążenia. Warszawa: Wydawnictwa Politech-niki Warszawskiej, 1976
• [3] Mańkowski J., Wpływ pola ciągnień na obciążenia połączeń nitowych występujących w konstrukcjach cienkościennych, Warszawa, Politechnika Warszawska, 2009, rozprawa doktorska
• [4] Burdzik R., Identification of structure and directional distribution of vibration transferred to car-body from road roughness, submitted to Journal of Vibroengineering 16(1) (2014)
• [5] Burdzik R., Konieczny Ł., Research on structure, propagation and exposure to general vibration in passenger car for different damping parameters, Journal of Vibroengineering 15 (4) (2013), pp. 1680-1688
• [6] Kuhn P., Stresses in aircraft and shell structures. New York / Toronto / Londyn: McGraw-Hill Book Company Inc., 1956
• [7] Teisseyre J., Budowa nadwozi. Część I - obliczenia. Warszawa: Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 1965
• [8] Hertel H., Leichtbau flugzeuge und andere leichtbauwerke, Springer-Verlag, 1960
• [9] Dassault Systemes Simulia Corp., Abaqus Analysis User's Manual, Dassault Systemes, United States of America, 2008