机身壁板轴压载荷作用下屈曲试验研究

张国权 陈卫卫

摘要：本文以运输类飞机的机身壁板为研究对象，对其进行轴压压载荷作用下屈曲的试验研究，通过引入分散率的控制方法，得到了合理的壁板轴压初始屈曲载荷及破坏载荷。同时对运输类支线飞机机身蒙皮轴压弹性屈曲稳定性控制要求进行了探索，得到合理的控制为后续的设计工作提供参考。

关键词：弹性屈曲;屈曲试验;机身壁板

中图分类号：V214文献标识码：B

1 概述

现代运输飞机机身结构大多采用铆接壁板形式，为得到轻薄而又安全的壁板结构，需要进行大量的壁板结构试验研究。[1]-[5]臧伟锋[3]介绍国内外机身壁板强度试验技术，给出机身壁板试验技术研究的建议。孙为民[4]-[5]等人对轴压壁板的破坏模式进行探索研究，得到相应壁板破坏载荷。

本文以运输类飞机的机身壁板为研究对象，对其进行轴压屈曲的试验研究，采用分散率控制方法方式，得到了合理的壁板轴压初始屈曲载荷和破坏载荷。同时对运输类支线飞机机身壁板轴压蒙皮弹性屈曲稳定性控制要求进行了探索，为后续的结构设计工作提供参考。

2 試验概述

选取机身典型薄壁壁板作为研究对象。蒙皮采用2524材料化铣蒙皮;长桁采用7150材料挤压件。试验在压缩试验机YY200A上进行。将试验件的上下两端分别固定在端部支持夹具中，再将安装好的试验件垂直放置在试验机加载平台上，利用试验机的压缩平台直接施加压缩载荷。载荷合力作用点（试验机加载中心）与壁板截面形心一致。轴压试验约束与加载示意图见下图，试验件主要尺寸见表1。

3 试验结果及分析

由于制造精度等多方面因素影响，会对试验结果产生影响，尤其对于薄壁蒙皮，初始屈曲载荷对几何缺陷比较敏感。[5]所以采用分散率来保证试验载荷的合理性。壁板轴压和破坏载荷见表2。

比较相同支持条件、相同蒙皮厚度的在机身壁板在不同长桁间距（10#与20#比较）试验结果，其中10#长桁间距为140mm、20#长桁间距为130mm。可以发现，长桁间距的变化，对蒙皮初始屈曲载荷的有影响，且长桁间距小的壁板承受的初始屈曲载荷越大。

比较相同支持条件、相同长桁间距的在机身壁板在不同蒙皮厚度（10#与40#比较）试验结果，其中10#蒙皮厚度为13mm，40#蒙皮厚度为1.1mm，可以发现蒙皮厚度的变化对初始屈曲载荷的影响较大，且蒙皮越厚的壁板初始屈曲载荷越大。

在现代飞机设计中，一般采用使用载荷或设计载荷的某个百分比对蒙皮初始屈曲载荷进行要求控制，[2]所以探索试验件破坏载荷和初始屈曲载荷的关系是有必要的。试验件屈曲载荷和破坏载荷比例关系见表3。

从表3可以看出，对于薄壁机身试验件初始屈曲大部分发生在破坏载荷的30%以下，因此，在现代运输类支线飞机设计中，采用极限载荷的30%来控制非开口区蒙皮轴压弹性稳定性是合理的。也就是说，工程方法计算的轴压弹性失稳应力许用值应大于飞机在极限载荷的30%作用下蒙皮（非开口区）所受到的应力。

4 结论

本文以运输类飞机的机身壁板蒙皮为研究对象，得到初始屈曲载荷和破坏载荷，得到以下结论：

1）机身壁板初始屈曲载荷跟蒙皮厚度和长桁间距有关，蒙皮越厚的壁板初始屈曲载荷越大，长桁间距小的壁板承受的初始屈曲载荷越大。

2）试验中引入分散率的控制方法，得到合理的壁板轴压初始屈曲载荷和破坏载荷，并对运输类支线飞机机身蒙皮轴压弹性屈曲稳定性控制要求进行了探索，采用极限载荷的30%来控制非开口区蒙皮轴压弹性屈曲稳定性是合理的，为后续的飞机设计工作提供参考。

参考文献：

[1]航空工业编委组.飞机设计手册（第九册）[M].航空工业出版社，2001.

[2]崔德刚结构稳定性定设计手册[M].航空工业出版社，2006.

[3]臧伟锋，张海英，董登科.机身壁板强度试验技术研究[C].第23届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅱ册）2014：488-492.

[4]孙为民，童明波，董登科.加筋壁板轴压载荷下后屈曲稳定性实验研究[J].实验力学，2008，23（4）：333-338.

[5]孙为民，童明波，董登科.壁板轴压后屈曲计算与结构敏感度分析[J].中国机械工程，2009，20（7）：812-816.

作者简介：张国权（1985-），男，工程师，主要研究方向为飞机结构强度设计。