비행기의 구조역학의 기본 원리는 다른 비행기에도 적용된다. 그 기초학과는 정역학, 교량역학, 구조안정성 이론, 판각역학, 계산역학 등이다. 하지만 각종 항공기, 특히 우주선과 로켓에도 특수한 구조적 문제가 있다. 비행기의 고전 구조 역학은 구조 유형에 따라 로드 구조 역학과 얇은 벽 구조 역학으로 나눌 수 있습니다.
[이 세그먼트 편집] 로드 구조 역학
로드 구조에서 비행기의 구조역학은 다리, 건물과 같은 일반 구조의 역학과 기본적으로 일치하며 정적, 초정적 구조에 대해 논의합니다. 문제를 해결하는 방법은 정적 균형과 변형 조정의 조건을 충족시키는 것이다. 최소 에너지 방법은 정적으로 불확정 한 구조 문제를 해결하여 문제를 단순화하는 데 사용할 수 있습니다. 막대 구조 역학의 초기 단계에서는 기둥, 비틀림, 안정성 등의 문제가 있다.
보와 기둥이 굽힘과 압력을 모두 받는 구성요소. 이러한 부재는 횡력의 작용으로 굽은 처짐을 발생시켜 축 압력에 추가 굽힘 모멘트를 발생시켜 측면 굽힘을 증가시킵니다. 따라서 횡력과 축 압력의 공동 작용을 고려하여 설계에 사용되는 실제 굽힘 모멘트를 찾아야 합니다.
비틀림 초기에 빔 날개는 주로 토크를 견디고 빔에는 비원형 솔리드 단면이 있으므로 비틀림 강성이 부족해 두드러진 문제가 되는 경우가 많습니다. 솔리드 프로파일 축의 비틀림 작용에 따른 응력과 변형은 대부분 탄성 역학의 박막 시뮬레이션 실험 결과에 의해 계산되며 재질 역학 계산보다 더 정확합니다.
스태빌라이저 바 구조의 안정성 문제는 주로 탄성 지지점, 굽힘 및 비틀림 불안정성과 같은 복잡한 문제를 포함하여 직선 기둥의 좌굴입니다.
[이 세그먼트 편집] 얇은 벽 구조 역학
얇은 벽 구조에서 로드는 주로 축 방향력에 의해, 판은 주로 전단력에 의해 발생합니다. 기본적인 문제는 비틀림, 전단력 정체, 좌굴, 유효 폭, 장력 필드 및 압력실입니다.
비틀림 닫힌 단면 얇은 벽 구조는 비틀림 강성이 크며 항공기 구조에 널리 사용됩니다. 얇은 벽 구조 또는 단일 닫힌 포켓 단면 얇은 벽 튜브의 토크 작동 시 단위 길이에 대한 전단 응력 τ와 상대 비틀림 각도 θ는 각각 다음과 같습니다.
T = t/2 θ = ts/4a 2gt 에서
여기서 t 는 토크, a 는 얇은 벽 중심선으로 둘러싸인 면적, t 는 파이프 벽 두께, g 는 재질의 전단 계수, s 는 얇은 벽 중심선의 둘레입니다.
전단력 정체가 있는 얇은 벽 구조의 전단 변형이 커서 엔지니어링 빔 이론의 평평한 단면 가정이 더 이상 정확하지 않은 경우가 많습니다. 날개 단면이 날개 루트 쪽으로 무작위로 이동하면 상자 상자 가운데 트러스의 양수 응력이 날개 빔의 플랜지 양수 응력의 증가보다 뒤쳐집니다.
얇은 벽 구조의 좌굴은 여러 가지 형태가 있다. 단순 스트레칭 외에도 좌굴 문제는 없습니다. 박판은 판의 중간평면 내에서 압축되고 절단되고, 얇은 벽 빔은 구부러지고 비틀어지고, 얇은 벽 쉘은 외부 압력을 받습니다. 원통은 축 방향 압력 하에서 플레이트보다 좌굴 내성이 훨씬 높습니다. 고전 이론의 결과는 원통이 이상적인 기하학을 가지고 있다는 가정 하에 얻어진 것이다. 실제로 초기 결함 및 가장자리 조건의 영향으로 실험 값은 이론적 값보다 훨씬 낮습니다.
유효 폭의 판은 좌굴 후에도 축 방향 압력을 계속 견딜 수 있습니다. 지지대의 제한으로 인해 대들보나 플랜지에 가까운 보드는 자유롭게 범프할 수 없으므로 축 압력을 효과적으로 견딜 수 있으며, 양쪽 지지대에서 멀리 떨어진 보드는 축 압력을 거의 받지 않고 자유롭게 범프할 수 있습니다. 일반적으로 유효 폭 내의 보드는 결합된 직선 기둥이 임계 하중에 다시 도달하여 구조가 결국 파괴될 때까지 연결된 장도리의 축 방향 압축을 견디는 것으로 간주됩니다. 유효 폭 이외의 시트는 더 이상 힘을 받지 않는 것으로 간주될 수 있습니다. 유효 폭에 대한 경험적 공식은 다음과 같습니다.
Be =1.9 (√ e/σ) T.
여기서 e 는 재질의 탄성 계수이고 σ 는 축 방향 압력입니다. Be ≈ (30 ~ 40) t 는 일반적으로 사용되는 알루미늄 합금에 사용할 수 있습니다. 즉, 벽이 불안정할 때 파괴되지 않고 응력 분포가 변경되어 전체 구조가 파괴될 때까지 전체 구조가 계속 하중을 받습니다.
장력 필드 빔의 웹은 전단이 불안정한 후에도 계속 하중을 견딜 수 있습니다. 이 시점에서 응력 모드는 주름진 피크 밸리 방향의 경사 돌출로 변경되고, 보드 보는 장력 필드 빔이라는 트러스 구조가 됩니다.
장력 필드 보에서 상단 및 하단 막대는 트러스의 일부로 수평 인장 압력을 견디며 웹의 구심 장력을 연속 빔으로 지탱합니다. 용지 장력의 한계값은 재질의 항복 강도입니다.
압력실이 내부 및 외부 압력 P 를 견딜 때 발생하는 세로 및 원주 박막 응력 TL 및 Th 는 정상 균형 조건에 따라 얻을 수 있습니다.
Th/RH = TL/rl = p.
여기서 RH 와 rL 은 각각 원주 방향 및 세로 방향을 따라 곤돌라의 주 곡률 반지름입니다.
조종석에 창 또는 문 구멍이 있는 경우 일반적으로 구멍 주변을 보강하여 구멍 가장자리에서 멀리 떨어진 막 응력이 가능한 한 변경되지 않도록 합니다. 즉, 구멍 가장자리의 보강이 구멍 파낸 부분을 대체할 수 있습니다. 이 구멍을 중성동이라고 합니다. 구멍 가장자리를 지나치게 강화하는 것이 반드시 유리할 필요는 없으며, 게다가 중립공도 유일한 설계 조치는 아니다.
발전 추세는 항공기 구조의 변화와 컴퓨터 기술을 응용하는 현대 컴퓨팅 역학의 발전에 따라 항공기 구조 역학의 내용도 끊임없이 발전하고 있다. 유한 요소 방법은 항공기 및 기타 항공기의 구조 분석에 광범위하게 적용되어 복잡한 구조 분석을 위한 빠르고 정확한 수단을 제공하며, 과거에는 구조역학에서 해결하기 어렵다고 여겨졌던 많은 초정정 문제가 해결되었다. 항공기 구조역학의 초기에는 정역학이 주도적 지위를 차지했다. 비행기 사고 분석은 구조역학에 공압탄성, 피로와 파열, 열강도 등과 같은 일련의 과제를 제기했다. 항공기 구조역학에 속해 있던 이 학과들은 점차 독립된 분기로 발전하였다. 또한 최적화 방법, 복합 재질 역학 및 통계 구조 역학과 같은 새로운 분기가 있습니다.