實(shí)用飛機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析及尺寸設(shè)計(jì)

前言

這本書旨在為進(jìn)行飛機(jī)和其他航空器結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員提供必要的數(shù)據(jù)和程序支持。書中的各種材料性能數(shù)據(jù)絕大部分來(lái)源于政府機(jī)構(gòu)的相關(guān)出版物，如NACA報(bào)告和一些技術(shù)文獻(xiàn)資料。當(dāng)然，如果讀者對(duì)材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)分析的基本概念不是十分通曉，可能會(huì)對(duì)本書的內(nèi)容理解不夠全面深入；本書作者假設(shè)讀者對(duì)相關(guān)學(xué)科已經(jīng)比較熟悉，因而，這些相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)不再贅述。為保持本書結(jié)構(gòu)緊湊，文中僅保留了與飛機(jī)結(jié)構(gòu)相關(guān)的數(shù)據(jù)和技術(shù)資料。鑒于現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)主要是金屬結(jié)構(gòu)，本書集中考慮了金屬結(jié)構(gòu)的布局問題。讀者在進(jìn)行飛機(jī)結(jié)構(gòu)布局過程中，可以參考書中的一些材料性能許用數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)布局分析案例。本書內(nèi)容盡可能循序漸進(jìn)，許多章節(jié)包含了大量的數(shù)值計(jì)算例題，以便于驗(yàn)證分析方法，正確使用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和／或設(shè)計(jì)曲線，使飛機(jī)結(jié)構(gòu)工程師真實(shí)體會(huì)如何才能獲取一個(gè)結(jié)構(gòu)效率最高的結(jié)構(gòu)。飛機(jī)結(jié)構(gòu)工程師通過閱讀本書，可以初步了解飛機(jī)結(jié)構(gòu)布局過程中的應(yīng)力分析工作內(nèi)容。如何將材料強(qiáng)度理論和作者豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于工程實(shí)際是本書的重點(diǎn)內(nèi)容。而做到飛機(jī)結(jié)構(gòu)理論和實(shí)踐應(yīng)用并重，則依賴于擁有大量支持結(jié)構(gòu)分析理論的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。飛機(jī)結(jié)構(gòu)分析問題通常涉及到薄板（或厚板）和加筋板的屈曲和局部失穩(wěn)。薄板屈曲設(shè)計(jì)是機(jī)體結(jié)構(gòu)分析中最重要的一項(xiàng)工作。20世紀(jì)40年代以來(lái)的NACA報(bào)告提供了該研究領(lǐng)域大量的技術(shù)資料和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。目前，結(jié)構(gòu)工程師在機(jī)體結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析工作中仍在利用這些技術(shù)資料和數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)。在全面考慮靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、破損一安全要求、損傷容限和經(jīng)濟(jì)成本影響的情況下，通過仔細(xì)選擇結(jié)構(gòu)布局形式和材料而獲取一個(gè)最終的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案是本書最重要的內(nèi)容。書中以圖表和曲線形式提供了大量來(lái)自于過去的經(jīng)驗(yàn)和／或試驗(yàn)結(jié)果的材料性能數(shù)據(jù)，用于金屬機(jī)體尺寸設(shè)計(jì)。本書的另一個(gè)目的是幫助結(jié)構(gòu)工程師全面回顧從飛機(jī)設(shè)計(jì)制造（包括零部件的使用維護(hù)）經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)中得到的數(shù)據(jù)資料，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)完整性和重量效率的飛機(jī)結(jié)構(gòu)。

內(nèi)容概要

　　本書對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析及尺寸設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)系統(tǒng)的介紹，闡述了飛機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析的設(shè)計(jì)方法及具體結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。全書共17章，其內(nèi)容包括緒論，飛機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)工作，外載荷，材料的選擇，結(jié)構(gòu)分析，梁的應(yīng)力，板殼，盒形梁，壓桿的穩(wěn)定，薄板屈曲，剪切板，開口，承壓壁板，損傷容限壁板，結(jié)構(gòu)補(bǔ)救與修理，以及結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方案，基本涵蓋了飛機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)中的主要問題。　　本書主要供航空工程技術(shù)人員和結(jié)構(gòu)工程師參考，也可作為航空高等院校教材參考用書?！　∽髡吆?jiǎn)介：牛春勻教授一直從事金屬和復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)研究及咨詢工作，曾是洛克希德航空系統(tǒng)公司的高級(jí)研發(fā)主管工程師，現(xiàn)任(美國(guó))AD飛機(jī)結(jié)構(gòu)咨詢公司總經(jīng)理?！　∨＝淌谠诤教炱鹘Y(jié)構(gòu)和飛機(jī)結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)方面有30多年的工作經(jīng)驗(yàn)。在洛克希德，曾任部門主任和規(guī)劃主任，負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)布置與各種結(jié)構(gòu)計(jì)劃工作，其中包括金屬和復(fù)合材料創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這些結(jié)構(gòu)可用在現(xiàn)在和(或)將來(lái)的先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)和先進(jìn)運(yùn)輸機(jī)上。在洛克希德工作期間，他深入?yún)⑴c初步設(shè)計(jì)各個(gè)方面的工作，其中包括飛機(jī)總體布局、結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)形式選擇以及適航等內(nèi)容。他是L-1011的主任工程師，負(fù)責(zé)機(jī)翼和尾翼的應(yīng)力分析工作。他還于1966年和1968年，在波音公司先后做過波音727和波音747兩架飛機(jī)的應(yīng)力分析工程師。　　牛教授的主要著作有三部：AIRFRAMESTRUCTURALDESIGN(1988)，COMPOSITEAIRFRAMESTRUCTURES(1992)以及AIRFRAMESTRESSANALYSISANDSIZING(1997)。此外，他還編寫了洛克希德復(fù)合材料設(shè)計(jì)指南和復(fù)合材料制圖手冊(cè)。他先后于1973年和1986年獲得洛克希德成就獎(jiǎng)和成果卓越獎(jiǎng)，并在1973年列入WhosWho航空專家名錄?！　∨＝淌谑潜本┖娇蘸教齑髮W(xué)的顧問教授，以及南京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)和沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院的客座教授?！　∨＝淌谠诼迳即壖又荽髮W(xué)講授“飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與修理”、“復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)”以及“飛機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析與尺寸布置”等工程短訓(xùn)課程?！　∨＝淌?962年畢業(yè)于中國(guó)臺(tái)灣中原大學(xué)土木工程專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位；1966年在美國(guó)懷俄明大學(xué)獲土木工程專業(yè)碩士學(xué)位。

作者簡(jiǎn)介

作者：(美國(guó))牛春勻(Michael C.Y.Niu) 譯者：馮振宇 程小全 張紀(jì)奎 合著者：徐建新牛春勻，教授，一直從事金屬和復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)研究及咨詢工作，曾是洛克希德航空系統(tǒng)公司的高級(jí)研發(fā)主管工程師，現(xiàn)任(美國(guó))AD飛機(jī)結(jié)構(gòu)咨詢公司總經(jīng)理。牛教授在航天器結(jié)構(gòu)和飛機(jī)結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)方面有30多年的工作經(jīng)驗(yàn)。在洛克希德，曾任部門主任和規(guī)劃主任，負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)布置與各種結(jié)構(gòu)計(jì)劃工作，其中包括金屬和復(fù)合材料創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這些結(jié)構(gòu)可用在現(xiàn)在和(或)將來(lái)的先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)和先進(jìn)運(yùn)輸機(jī)上。在洛克希德工作期間，他深入?yún)⑴c初步設(shè)計(jì)各個(gè)方面的工作，其中包括飛機(jī)總體布局、結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)形式選擇以及適航等內(nèi)容。他是L-1011的主任工程師，負(fù)責(zé)機(jī)翼和尾翼的應(yīng)力分析工作。他還于1966年和1968年，在波音公司先后做過波音727和波音747兩架飛機(jī)的應(yīng)力分析工程師。牛教授的主要著作有三部：AIRFRAMESTRUCTURALDESIGN(1988)，COMPOSITEAIRFRAMESTRUCTURES(1992)以及AIRFRAMESTRESSANALYSISANDSIZING(1997)。此外，他還編寫了洛克希德復(fù)合材料設(shè)計(jì)指南和復(fù)合材料制圖手冊(cè)。他先后于1973年和1986年獲得洛克希德成就獎(jiǎng)和成果卓越獎(jiǎng)，并在1973年列入Who'sWho航空專家名錄。牛教授是北京航空航天大學(xué)的顧問教授，以及南京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)和沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院的客座教授。牛教授在洛杉磯加州大學(xué)講授“飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與修理”、“復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)”以及“飛機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析與尺寸布置”等工程短訓(xùn)課程。牛教授1962年畢業(yè)于中國(guó)臺(tái)灣中原大學(xué)土木工程專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位；1966年在美國(guó)懷俄明大學(xué)獲土木工程專業(yè)碩士學(xué)位。

書籍目錄

縮寫詞、首字母縮寫詞及術(shù)語(yǔ)第1章 緒論1.1 概述1.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)討論1.3 結(jié)構(gòu)重量1.4 針對(duì)制造的設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)第2章 尺寸設(shè)計(jì)工作2.1 概述2.2 初步尺寸設(shè)計(jì)2.3 產(chǎn)品應(yīng)力分析2.4 正式應(yīng)力分析報(bào)告2.5 符號(hào)規(guī)定的選擇2.6 載荷傳遞路徑和分離體圖2.7 制圖公差2.8 安全裕度2.9 剛度要求2.10 討論第3章 外載荷3.1 概述3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則3.3 重量及平衡3.4 飛行載荷3.5 地面載荷3.6 動(dòng)載荷3.7 操縱面3.8 機(jī)身增壓載荷3.9 機(jī)翼燃油壓力載荷3.10 其他載荷3.11 商用運(yùn)輸機(jī)的載荷狀態(tài)小結(jié)參考文獻(xiàn)第4章 材料的選擇4.1 概述4.2 應(yīng)力——應(yīng)變曲線4.3 材料許可值4.4 適航要求4.5 斷裂韌性和裂紋擴(kuò)展速率4.6 材料的應(yīng)用4.7 選材程序參考文獻(xiàn)第5章 結(jié)構(gòu)分析5.1 胡克定律5.2 主應(yīng)力5.3 平衡與協(xié)調(diào)5.4 靜定結(jié)構(gòu)5.5 靜不定（冗余）結(jié)構(gòu)5.6 有限元建模參考文獻(xiàn)第6章 梁的應(yīng)力6.1 梁理論6.2 截面特性6.3 對(duì)稱截面和非對(duì)稱截面的彎曲6.4 塑性彎曲6.5 梁的剪應(yīng)力6.6 剪心6.7 楔形梁6.8 扭轉(zhuǎn)6.9 盒形梁的壓塌載荷參考文獻(xiàn)第7章 板殼7.1 引言7.2 板7.3 圓柱殼7.4 半球形殼7.5 蜂窩板參考文獻(xiàn)第8章 盒形梁8.1 概述8.2 扭矩引起的剪流8.3 單閉室盒形梁（雙桁條截面）8.4 單閉室盒形梁（多桁條截面）8.5 雙閉室盒形梁8.6 變截面盒形梁8.7 剪滯效應(yīng)參考文獻(xiàn)第9章 連接件和接頭9.1 引言9.2 緊固件9.3 連接9.4 偏心連接9.5 角板連接9.6 焊接連接9.7 膠結(jié)連接9.8 耳片分析9.9 拉伸接頭9.10 拉伸角片9.11 間隙和墊片的使用9.12 疲勞的考慮參考文獻(xiàn)第10章 壓桿的穩(wěn)定10.1 前言10.2 歐拉方程（長(zhǎng)的壓桿）10.3 階形桿10.4 變截面錐形桿10.5 梁的橫向失穩(wěn)10.6 壓彎構(gòu)件10.7 局部失穩(wěn)應(yīng)力10.8 壓桿整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)的相互影響參考文獻(xiàn)第11章 薄板屈曲11.1 概述11.2 一般屈曲公式11.3 平板屈曲11.4 曲板屈曲11.5 聯(lián)合載荷作用參考文獻(xiàn)第12章 剪切板12.1 引言12.2 抗剪腹板12.3 純對(duì)角張力腹板12.4 對(duì)角張力平腹板12.5 對(duì)角張力曲板12.6 末端閉室和對(duì)接處的對(duì)角張力效應(yīng)參考文獻(xiàn)第13章 開口13.1 引言13.2 腹板不加強(qiáng)的剪切梁13.3 腹板加強(qiáng)的剪切梁13.4 開口用環(huán)形加強(qiáng)板加強(qiáng)的腹板13.5 彎曲加強(qiáng)板加強(qiáng)的腹板開口13.6 深剪切梁口框加強(qiáng)開口13.7 軸向載荷作用下蒙皮一桁條壁板上的開口13.8蒙皮一桁條曲面壁板上的大開口參考文獻(xiàn)第14章 壓縮壁板14.1 概述14.2 有效寬度14.3 鉚釘之間的蒙皮屈曲14.4蒙皮一長(zhǎng)桁壁板14.5 堅(jiān)固的整體一加筋壁板14.6 無(wú)凸緣整體一加筋壁板參考文獻(xiàn)第15章 損傷容限拉伸壁板15.1 簡(jiǎn)介15.2 應(yīng)力循環(huán)和載荷譜15.3 結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)（安全壽命）15.4 結(jié)構(gòu)裂紋擴(kuò)展（檢查周期）15.5 剩余強(qiáng)度（破損一安全設(shè)計(jì)）15.6 組合梁的剩余強(qiáng)度參考文獻(xiàn)第16章 結(jié)構(gòu)補(bǔ)救與修理16.1 引言16.2 結(jié)構(gòu)補(bǔ)救16.3 補(bǔ)救案例16.4 修理時(shí)要考慮的因素16.5 修理案例16.6 腐蝕損傷的修理16.7 蒙皮一桁條壁板的修理16.8 結(jié)構(gòu)改裝參考文獻(xiàn)第17章 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方案17.1 介紹17.2 試驗(yàn)載荷譜17.3 應(yīng)變片17.4 疲勞試驗(yàn)壁板試樣17.5 壓縮試驗(yàn)壁板試樣17.6 剪切試驗(yàn)壁板試樣17.7 主要連接試樣參考文獻(xiàn)習(xí)題附錄A 常用單位換算附錄B 緊固件附錄C 常用截面特性附錄D 梁的常用公式附錄E 計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）

章節(jié)摘錄

插圖：飛機(jī)總重對(duì)于設(shè)計(jì)載荷的另一個(gè)顯著的影響就是當(dāng)飛機(jī)以給定下沉速度接地時(shí)，施加在起落架上的垂直載荷。用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總重是由飛機(jī)的任務(wù)要求確定的。任務(wù)要求和／或設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)描述了在考慮到飛機(jī)運(yùn)行的各個(gè)階段后，燃油、有效載荷的最大值和最小值。典型的飛機(jī)主要設(shè)計(jì)重量為：·起飛總重——執(zhí)行指定任務(wù)的最大起飛重量，一般認(rèn)為是飛機(jī)裝滿燃油及最大有效載荷情況下的重量，有時(shí)會(huì)因?yàn)榫唧w設(shè)計(jì)要求而有所變化。在滑行狀態(tài)和飛行條件下考慮起飛總重，但是不要求設(shè)計(jì)的飛機(jī)在此重量下降落。·設(shè)計(jì)著陸重量——著陸時(shí)的最大重量。飛機(jī)按預(yù)定降落時(shí)，有理由認(rèn)為耗盡了預(yù)定應(yīng)消耗的燃油。在設(shè)計(jì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)不能要求飛機(jī)在高于設(shè)計(jì)著陸重量時(shí)著陸。多數(shù)飛機(jī)上都有放油設(shè)備，飛機(jī)重量可以在緊急著陸時(shí)很快降低到設(shè)計(jì)重量。在著陸時(shí)，考慮機(jī)翼和機(jī)身向下彎曲是很重要的?！た沼椭亓俊w機(jī)上沒有燃料時(shí)的最大重量。對(duì)于設(shè)計(jì)重量來(lái)說(shuō)，這個(gè)多少令人疑惑的概念在結(jié)構(gòu)中很常見，因?yàn)閷儆诿枋鲂缘摹？沼椭亓堪諜C(jī)重量、運(yùn)行必需項(xiàng)目（機(jī)組人員、發(fā)動(dòng)機(jī)滑油等）、貨物和／或乘客。這種狀態(tài)通常對(duì)于機(jī)翼上彎是至關(guān)重要的。在形成設(shè)計(jì)準(zhǔn)則期間要綜合考慮所有的設(shè)計(jì)重量。根據(jù)過去的經(jīng)驗(yàn)，嘗試確定設(shè)計(jì)重量水平，包含初步設(shè)計(jì)和最終設(shè)計(jì)時(shí)飛機(jī)總重的正常增加；也包括未來(lái)飛機(jī)重量的增加（有時(shí)高達(dá)初始飛機(jī)總重的30%）。但也不能超過太多，否則對(duì)設(shè)計(jì)不利。3.3.3重心包線要綜合考慮設(shè)計(jì)重量和飛機(jī)重心位置?？梢杂脠D表示重心隨設(shè)計(jì)重量的變化。包線包含了設(shè)計(jì)確定的所有極限狀態(tài)。在設(shè)置重心極限時(shí)可以包括在設(shè)計(jì)過程中發(fā)生變化而導(dǎo)致的極限狀態(tài)。典型的重心包線如圖3.3.2所示。

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《實(shí)用飛機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析及尺寸設(shè)計(jì)》是由航空工業(yè)出版社出版的。

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