朱林刚

上海飞机设计研究院强度设计研究部

民用飞机机身壁板桁条端头设计方案研究

朱林刚

上海飞机设计研究院强度设计研究部

在民用飞机机身结构设计中，长桁接头设计是飞机设计的难点之一。通常情况下，长桁可以采用长桁接头与框连接，或者通过长桁接头穿过框与对应长桁对接，但对于某些机加长桁，一般通过机加台阶直接与框缘条连接。机加长桁端头的搭接设计可以省略一个长桁接头，从而达到减重和减少疲劳源的目的。机加长桁端头连接的设计方案示意图如图1所示，长桁通过机加台阶直接与框缘条搭接，而在长桁端头的零力段（长桁立筋处），正常情况下会采用斜削的方案，一是可以通过端部的斜削达到减重的效果，二是可以通过斜削使长桁载荷提前向蒙皮扩散，从而使得长桁与框缘条连接的钉载可以降低，保证其疲劳性能。

图1 长桁搭接方案示意图

本文采用MSC.PATRAN/NASTRAN软件，对壁板和框缘条的连接进行简化建模，蒙皮、框缘条、长桁均抽取其结构中面后规则离散后简化为膜元，在紧固件安装位置利用Fastener-maker模块进行紧固件模拟，在框缘条端部进行固支约束，在长桁远端施加长桁轴向载荷（总载为5100N），如图2所示。

图2 分析有限元模型示意图（紧固件模拟、约束、加载）

研究思路：在长桁端头连接的设计中，有众多因素可以影响连接设计的强度性能，而长桁端部的斜削可以显著地获得减重效果，所以本文通过改变长桁端头立筋的斜削角度，研究长桁和框缘条连接钉载的变化区域与斜削角度的相互关系，从而给出长桁端部斜削角度的优化结果。……