一种机身曲框结构的四点弯曲试验加载方法与流程

本发明涉及属飞机结构强度试验技术领域，特别涉及一种机身曲框结构的四点弯曲试验加载方法。用于机身曲框、机身壁板或隔框结构的四点弯曲试验，以考核机身曲框或机身壁板结构受纯弯载荷时的力学特性。

背景技术：

飞机机身在实际使用过程中，接头的集中载荷、机身气密载荷以及变形都会对机身产生沿环向的弯矩，这种弯曲载荷由机身框、蒙皮共同承载。在机身结构的验证试验中，对机身曲框结构进行纯弯工况加载是非常必要的，可以指导及验证机身曲框结构的设计。截取机身某段作为曲框结构进行试验验证，该结构包含蒙皮、长桁、框和角片等部件，均为曲面构型。

机身曲框四点弯曲加载是一种较常规的加载方法，目的是考核纯弯工况下的机身结构的力学特性。但是在机身曲框结构的验证试验中，直接使用常规的四点弯加载方法显然是无法实现的，因为蒙皮、框和角片等部件局部都比较薄弱，无法承受四点弯加载时的集中载荷，会导致局部提前破坏，从而无法验证结构的真实强度。

以往的验证试验中，开展过不带蒙皮的隔框(仅含角片和框)的四点弯曲试验，但试验件在加载点处局部破坏并出现隔框倾斜，无法得到结构的承载能力。在机身曲框结构的四点弯曲试验时，存在的技术问题有：(一)加载点处框内缘和支持点处角片局部刚度和强度较弱，出现应力集中，导致结构提前破坏，未能得到整体承载能力；(二)框的刚度较弱，直接承受集中载荷时会提前失稳甚至倾斜，试验无法继续加载；(三)机身曲框结构的框内缘和蒙皮为曲面，直接以框内缘作为加载面，蒙皮作为支持面时，会导致加载载荷与支持载荷不平行，产生非纯弯载荷。

技术实现要素：

发明目的

本发明涉及一种机身曲框结构的四点弯曲试验加载方法，特别是设计一种对试验件加载段进行加强，能承受集中载荷而不提前破坏，实现试验件考核段受纯弯载荷，并获得机身曲框结构的最终承载能力。

发明技术解决方案

为了实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种机身曲框结构的四点弯曲试验加载方法，包括如下步骤，步骤1：对机身曲框试验件两端的加载段连接加强组件以增强加载段的刚度和强度，防止加载点局部倾斜和提前破坏；加强组件包括在连接于机身曲框试验件的框和角片两侧的加强框，连接于框内缘并与框内缘形状相适的框缘垫板，连接于蒙皮外表面的并与蒙皮外表面形状相适的蒙皮垫板；步骤2：在框缘垫板表面连接楔形的加载垫块，蒙皮垫板表面连接楔形的支持垫块，加载垫块的上表面和支持垫块的下表面平行；步骤3：将试验件放置在试验平台上，所述加载垫块上表面和支持垫块下表面均与试验平台平行且与加载载荷垂直，可保证加载载荷与支持载荷为一对平行载荷，从而形成纯弯载荷。

优选的，所述加强框包括c型加强框、l型加强框和角型加强框。

优选的，所述c型加强框连接于试验件的角片一侧，框缘垫板分别与c型加强框的上缘和试验件的框的上缘连接；所述l型加强框连接于试验件的框的腹板内侧；角型加强框连接于试验件的框与蒙皮之间，其一边与角片连接，另一边与蒙皮连接。以上所述的连接方式均为曲面接触、机械连接的方式，以保证足够的连接强度。

优选的，所述c型加强框内缘与试验件的框的内缘等高。

优选的，步骤2中加载垫块的下表面与框缘垫板曲面接触并固定连接，上表面为加载面，并保证连接后上表面水平；支持垫块的上表面与蒙皮垫板曲面接触并固定连接，下表面为支持面，并保证连接后下表面水平。当加载垫块和支持垫块均与曲框试验件固定，且支持面和加载面均为水平时，可保证支持载荷与加载载荷为一对竖向平行载荷，形成纯弯载荷。从而消除直接在曲面支持和加载时，支持载荷和加载载荷方向不一致造成的非纯弯载荷。

优选的，所述试验平台包括上平台和下平台，下平台两端对称安装有支持座，上平台两端对称安装有加载座。

优选的，所述加载座和支持座底部为左右对称的圆弧形，位于试验平台同侧的支持座和加载座的圆弧面顶点之间的水平距离为加载力臂l。

本发明的优点

本发明的优点在于：

加载面和支持面均为水平面，可保证加载载荷与支持载荷为一对平行载荷，从而形成纯弯受载。可避免直接对曲框试验件的曲面进行支持和加载时，支持载荷和加载载荷方向不一致造成的非纯弯受载。本发明可用于机身曲框、机身壁板或类似结构的四点弯曲试验加载，通过对加载端的框、角片和蒙皮等薄弱部位连接加强件可有效防止加载点部位的提前失稳、破坏或倾斜，实现机身壁板考核段内的纯弯加载及破坏，为机身曲框结构设计提供可靠的试验依据。

附图说明

图1为本发明的一种机身曲框结构的四点弯曲试验加载方法中各部件结构及位置的正视图。

图2为本发明的一种机身曲框结构的四点弯曲试验加载方法中各部件结构及位置的侧视图。

图3为图1中a-a剖视图。

附图中：1—加载座；2—加载垫块；3—框缘垫板；4—l型加强框；5—框；6—角型加强框；7—蒙皮垫板；8—支持座；9—支持垫块；10—角片；11—蒙皮；12—长桁；13—c型加强框。

具体实施方式

以机身曲框四点弯曲正弯试验加载为例，说明实施步骤：

机身曲框试验件主要由蒙皮13、角片12、框11以及长桁12构成。机身曲框试验件为左右对称结构，其左右部均需进行以下所有部件的连接安装。

步骤1：采用加强组件对机身曲框试验件两端的加载段刚度和强度进行加强，加强组件包括在连接于机身曲框试验件的框和角片两侧的加强框，连接于框内缘的框缘垫板，连接于蒙皮外表面的蒙皮垫板；所述加强框包括c型加强框、l型加强框和角型加强框。如图3所示。蒙皮11下表面连接蒙皮垫板7，角片10连接c型加强框13，c型加强框13的上缘高度与框5的上缘等高，其两边与角片10紧贴。框5连接l型加强框4，l型加强框4的短边与框5的上缘紧贴，l型加强框4的长边与框5的腹板紧贴。位于框5下方的部分角片10连接角型加强框6，角型加强框6的一边与角片10连接，另一边与和蒙皮11连接。在c型加强框13的上缘和框5的上缘连接框缘垫板3。以上所有的连接方式均为机械连接，以保证足够的连接强度。

步骤2：连接加载和支持部件。在机身曲框试验件两端框缘垫板3的端部连接楔形的加载垫块2，加载垫块2的下表面与框缘垫板3固定连接，连接后需保证上表面水平。在机身曲框试验件两端蒙皮垫板7的端部连接楔形的支持垫块9，支持垫块9的上表面与蒙皮垫板7固定连接，连接后需保证下表面水平。

步骤3：将完成加载和支持部件安装的机身曲框试验件整体放置在左右对称布置的支持座8上，支持座8底部为左右对称的圆弧形，支持垫块9与支持座8的圆弧面接触，两者为线接触。由左右对称布置的加载座1对加载垫块2施加载荷f，加载座1底部为左右对称的圆弧形，加载座1的圆弧面与加载垫块2接触，两者为线接触。位于同侧的支持座8的圆弧面顶点与加载座2的圆弧面顶点之间的水平距离为l，即为加载力臂，由公式m＝f·l，可计算出机身曲框试验件所受的弯矩m。

本发明可用于机身曲框、机身壁板或类似结构的四点弯曲试验加载，通过对加载端的框、角片和蒙皮等薄弱部位连接加强件可有效防止加载点部位的提前失稳、破坏或倾斜，实现机身壁板考核段内的纯弯加载及破坏，为机身曲框结构设计提供可靠的试验依据。