(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211314873.0 (22)申请日 2022.10.26 (71)申请人 东北大学 地址 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3 号巷11号 (72)发明人 张修路　李常有　苗会会　黄文超　 吕国成　姚峥红　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 专利代理师 李在川 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 113/28(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种飞机蒙皮纵向连接结构强度分析方法 (57)摘要 本发明设计一种飞机蒙皮纵向连接结构强 度分析方法， 属于机体结构强度设计领域； 通过 有限元模型及试验分析确定了紧固件的分载系 数， 以及二次弯曲对连接区结构承载能力的影 响。 本发明大大提高了蒙皮纵向连接结构强度计 算的精度， 为飞机产品强度分析工作提供了支 持； 本发明在航空、 航天、 汽车等结构设计中有着 广泛的应用空间； 能够提高结构的利用效率， 在 满足结构强度要求的基础上， 设计出结构最优尺 寸构型； 有助于减少不必要的保守设计， 极大的 缩短了研发时间、 减少研发费用。 权利要求书4页 说明书8页 附图4页 CN 115525977 A 2022.12.27 CN 115525977 A 1.一种飞机蒙皮纵向连接结构强度分析 方法， 其特 征在于， 其 步骤为： 步骤1： 通过编写 的Excel工具， 从飞机的整体有限元模型的计算结果中提取蒙皮纵向 连接结构的内载荷； 其中， Fx1、 Fy1、 qxy1和Fx2、 Fy2、 qxy2分别为连接区上下两侧蒙皮单元在局部 坐标系下的力流， PG1、 PG2为长桁两端的端载； 步骤2： 确定飞机 连接件紧固件强度许用值和蒙 皮强度许用值； Ptu和Psu分别是紧固件极 限拉伸强度和极限剪切强度， σtu和σcy分别是蒙皮材 料的拉伸极限强度和压缩屈服强度； 步骤3： 由构建的平衡方程和变形协调方程计算出紧固件和连接带板的载荷 分配； 假如 连接有n行紧固件， 则有一个平衡方程和n ‑1个变形协调方程； 用带有2行紧固件的单剪连接 件来说明在平衡方程和协调方程中的参数， 第一行 紧固件受到载荷V1， 传递给连接带板A即 上蒙皮， 即PA＝V1； 同时剩余载荷(P ‑V1)， 传递给连接带板B即下蒙皮， 即PB＝P‑V1， 并由最后 一行紧固件承受， 于是V2＝P‑V1； 步骤4： 计算出紧 固件和连接带板的分载系数； 步骤5： 在有限元仿真软件中建立蒙皮纵向连接结构的细节有限元模型， 提取紧固件的 剪切载荷和二次弯曲引起的拉伸载荷， 计算出紧 固件剪切、 拉伸载荷的分载系数fs、 ft； 步骤6： 基于步骤3计算紧 固件的拉伸载荷； 步骤7： 基于步骤3计算紧 固件的剪切载荷； 步骤8： 计算紧 固件的安全 裕度； 步骤9： 建立蒙皮纵向连接结构的细节有限元模型， 计算出连接带板的二次弯曲系数 fBM； 步骤10： 计算 蒙皮凸台位置和连接带板位置的安全 裕度； 步骤11： 计算连接带板钉孔位置的安全裕度； 二次弯曲引起的最大弯曲应力发生在搭 接区第一排紧固件位置， 在细节有限元模型中读取钉孔位置轴向载荷下的应力值σ， 则钉孔 位置的最大应力为： 式中， σbru为材料的挤压极限强度。 2.根据权利要求1所述的一种飞机蒙皮纵向连接结构强度分析方法， 其特征在于， 步骤 3具体为： 首先计算总的载荷： P＝V1+V2＝PA+PB                           (1) 依据形变相容 性， 紧固件1和连接带板A的总形变等于紧 固件2和连接带板B的总形变： V1C1+δA＝V2C2+δB                          (3) 即可求得 连接带板的载荷PA、 PB， 和紧固件的载荷V1、 V2； 式中， δ1、 δ2为紧固件的变形， δA、 δB为连接带板的变形， L为连接带板的长度， A为连接带权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115525977 A 2板的横截面积， E为连接带板的弹性模量， C为紧 固件的柔度常量， 参 考公式4： 式中， tspA、 tspB为连接板单元厚度； D为紧 固件直径， B1、 B2为常量。 3.根据权利要求1所述的一种飞机蒙皮纵向连接结构强度分析方法， 其特征在于， 步骤 4紧固件和连接带板的分载系数 具体为： 是第n行紧 固件的分载系数； 和 分别是连接带板A和B的分载系数。 4.根据权利要求1所述的一种飞机蒙皮纵向连接结构强度分析方法， 其特征在于， 步骤 5紧固件剪切、 拉伸载荷的分载系数 具体为： fs＝紧固件剪切载荷/(P ·fn) ft＝紧固件拉伸载荷/(P ·fn)。 5.根据权利要求1所述的一种飞机蒙皮纵向连接结构强度分析方法， 其特征在于， 步骤 6紧固件的拉伸载荷具体为： 式中， tspA， tspB分别为连接带板单 元的厚度， D为紧 固件直径。 6.根据权利要求1所述的一种飞机蒙皮纵向连接结构强度分析方法， 其特征在于， 步骤 7紧固件的剪切载荷具体为： Py＝dpitch·Fy                               (7) Vxy＝dpitch·qxy                              (8) 式中， n是连接区域紧固件的行数， dpitch是纵向紧固件间距， Fy和qxy分别是蒙皮承受的 环向力流和剪流。 7.根据权利要求1所述的一种飞机蒙皮纵向连接结构强度分析方法， 其特征在于， 步骤 8紧固件的安全 裕度具体为： 式中： 是紧固件拉伸实际载荷和拉伸许用值的比值； 是紧固件剪切实 际载荷和剪切许用值的比值； Ptu是紧固件极限拉伸强度； Psu是紧固件极限剪切强度。 8.根据权利要求1所述的一种飞机蒙皮纵向连接结构强度分析方法， 其特征在于， 步骤 9连接带板的二次弯曲系数fBM具体为：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115525977 A 3