高清可复制 HB 8600-2021 飞机低速增压风洞高雷诺数试验模型应力计算通用要求

　　ICS 49.020 V 35

　　HB 8600-2021

　　飞机低速增压风洞高雷诺数试验模型

　　应力计算通用要求

　　General requirements of stress calculation for high Reynolds number test model

　　of airplane in pressurized low speed wind tunnel

　　2021-04-19 发布 2021-07-01 实施

　　中华人民共和国工业和信息化部 发 布

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1-2009《标准化工作导则 第 1 部分：标准的结构和编写》给出的规则起草。本标准由中国航空综合技术研究所归口。

　　本标准起草单位：中国航空工业空气动力研究院、中国航空综合技术研究所。

　　本标准主要起草人：曲 明、贾 晓、高小荣、焦仁山、闫永昌、孙 熙、刘春明。

　　飞机低速增压风洞高雷诺数试验模型应力计算

　　通用要求

　　1 范围

　　本标准规定了飞机低速增压风洞高雷诺数试验模型应力计算设计输入要求、强度/刚度计算要求以及强度、刚度计算报告等通用要求。

　　本标准适用于飞机低速增压风洞高雷诺数试验模型，其他飞机风洞试验模型可参考使用。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件， 仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GJB 4296 风洞试验术语和符号

　　3 术语和定义

　　GJB 4296 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　多点约束 multi-point constraints (MPC)

　　用于描述多个位移自由度之间相互关系的线性方程。

　　3.2

　　收敛性 convergence

　　当单元尺寸趋于零时，有限元解趋于精确解。

　　3.3

　　应力奇异 stress singularity

　　受力体由于几何关系，在求解应力函数的时候出现的应力无穷大。

　　4 应力计算输入

　　应力计算输入及要求应包括：

　　a) 应分别提出试验角度范围内施加于机翼、尾翼、襟翼、副翼等部件上的载荷极值;

　　b) 对于采用分体连接的翼面，应分别提出各分体翼面的载荷和极值;

　　c) 对于不能提出分布气动载荷的翼面，应明确等效载荷的作用点;

　　d) 对于复合受力的翼面，应提供随模型姿态角变化的载荷曲线或提供典型的载荷组合状态以便确定翼面的综合载荷极限;

　　e) 设计载荷应综合气动载荷、压力载荷、温度载荷及零件的重力影响确定;

　　f) 采用蜂窝、泡沫等材质的结构或密闭效果良好的腔结构，宜考虑气压载荷的影响;

　　g) 装配件应考虑联结螺栓预紧力带来的附加载荷;

　　h) 材料属性。

　　5 应力计算要求

　　5.1 应力计算要求

　　模型应力计算要求如下：

　　a) 强度校核的重点部位应包括：翼面根部，操纵面的转轴或角片及其固定件，模型支撑点的连接部件及其他危险部位;

　　b) 应对主要翼面与机身或机身骨架的联结螺栓组进行强度校核;

　　c) 应对采用分体连接的翼面联结螺栓组进行强度校核;

　　d) 应对所有承受气动力载荷的舵面进行强度校核，如对于多段的襟翼，应对每个襟翼进行计算;

　　e) 宜对所有的角度片及螺钉组进行强度校核;

　　f) 模型主承力件的强度安全系数不宜小于 3;

　　g) 依据设计要求对重点变形部位进行刚度校核;

　　h) 如模型制造过程中出现偏离，应进行分析，必要时进行强度计算。

　　5.2 分析计算原则

　　分析计算应遵循以下原则：

　　a) 对刚性要求高的工况宜选用屈服强度进行校核;

　　b) 主要承受单向拉伸载荷且变形对试验结果影响不大情况下采用抗拉强度进行校核;

　　c) 螺栓等连接件宜采用剪切强度进行校核;

　　d) 对稳定性要求比较高的零件宜采用屈曲计算。

　　6 有限元计算要求

　　有限元计算要求应如下：

　　a) 对于机翼、舵面等形状复杂结构，采用有限元进行分析是适当的;

　　b) 计算软件建议采用经过长期实践检验的有限元计算软件;

　　c) 格密度的选取应在满足强度、刚度计算结果精度和收敛性原则的基础上兼顾计算效率来确定;

　　d) 载荷代替分布气动载荷进行翼面强度校核时，应用 MPC 模拟节点的刚性连接或指定节点位移间的线性组合约束方法可以更真实模拟翼面受载情况，如可以把机翼载荷通过多点约束方式施加到模型下表面上;

　　e) 对于采用集中载荷直接作用到节点的加载方法，会在加载点产生应力奇异，在结果分析时可剔除该结果，采用离开加载点较远的、平缓截面的应力计算值;

　　f) 在有限元建模中，应先对模型进行几何清理，以便于快速、高质地进行有限元计算;

　　g) 如计算模型存在尖锐转角，应力集中系数可能趋于无穷大，出现虚假应力，为避免误判，应将此应力剔除;

　　h) 应对机翼等主要受力件进行刚度分析。

　　7 非有限元计算要求

　　非有限元计算要求应包括：

　　a) 每个详细的分析章节应明确载荷路径，包括力和力矩在零件上的作用图，假设条件、截面尺寸和物理性质、材料的种类和热处理方法、相关图号的说明等;

　　b) 结构零件的剪切、轴向、弯曲和扭转的截面性质应定义足够数量的站位， 以便检查出指定危险

　　截面的位置;

　　c) 一般方程及其来源应在被数值代替前给出;

　　d) 施加在所分析模型上的外载荷，应可靠地模拟真实载荷的作用特征(作用点、量值与分布)。

　　8 强度、刚度计算报告

　　强度、刚度计算报告内容应包括：

　　a) 设计载荷：模型设计要求的载荷。

　　b) 材料数据：

　　1) 材料属性;

　　2) 可调整属性(温度、压力、腐蚀或环境影响因素)。

　　c) 结构节点分析：应包含螺栓、焊接和其他连接节点的分析。

　　d) 使用软件：

　　1) 对于采用成熟的有限元软件进行校核的零件，应明示软件的名称、版本号等信息;

　　2) 对于采用有限元进行校核的零件，要明确单元类型和边界条件。

　　e) 完整的应力分析：

　　1) 对于每个计算零件，应绘制受力简图，并标示出计算所需的尺寸、截面积、作用力矢量、支撑方式、材料性能和相应图纸的编号;

　　2) 单独使用的方程，在代入数值前应给出通用的符号形式;

　　3) 对于承受多种工况的计算对象，为判断计算关键点的选取，有必要单独指出每种工况的应力，之后所有工况应力叠加，应力最大的点即为计算关键点(拉应力、压应力、弯曲应力、扭转应力、剪应力等)。

　　f) 安全系数。

　　g) 结论：

　　1) 报告应说明计算结果的精度和可靠性;

　　2) 报告中应明确零件的许用应力、计算应力结果及强度校核结论。