Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Анализ прочности силовых элементов и металло-композитных соединений конструкции летательного аппарата

Авторы

В.И. Гришин, М.А. Глебова, Ю.И. Дударьков, Е.А. Левченко, М.В. Лимонин

Организация

Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского
г. Жуковский, Московская область, Российская Федерация

Аннотация

В работе представлены результаты расчетных исследований прочности и несущей способности типовых элементов конструкции летательного аппарата и соединений. Расчеты проводились методом конечных элементов. Применялась нелинейная постановка задачи, реализованная в коммерческих программных кодах NASTRAN и ABAQUS. В качестве объектов исследований рассматривались силовые композитные панели и металло-композиционные стыки узлов крепления подвижных агрегатов. Приведены используемые модели, процедуры расчета и анализа получаемых результатов. Численные оценки прочности силовых панелей и стыка в дальнейшем были подтверждены экспериментально полученными данными. На примере виртуального моделирования эксперимента по прочностным испытаниям композитной панели в сдвиговой рамке дана оценка влияния условий эксперимента на получаемые результаты. Показано, что граничные условия, реализуемые при такого рода испытаниях, не всегда могут обеспечить требуемые значения критических усилий общей потери устойчивости, соответствующих шарнирному опиранию панели. Приведены результаты расчетного анализа прочности и устойчивости металло-композитного стыка узла навески подвижного агрегата. Исследования проводились на подробной модели с использованием объемных конечных элементов, с учетом контактного взаимодействия деталей в проушине узла, геометрической и физической нелинейности. Оценка прочности композита в болтовых соединениях проводилась на основе критерия Нуизмера. Даны рекомендации по усилению конструкции, что позволило избежать преждевременных разрушений при прочностных испытаниях рассмотренного соединения.

Ключевые слова

композитная панель, металло-композитное соединение, расчетная модель, критерий прочности, устойчивость, экспериментальные данные, разрушающая нагрузка

Список литературы

[1] Irving P. E., Soutis C. Polymer Composites in the Aerospace Industry (Second Editions) // Woodhead Publishing. 2019. 688 p.

[2] Соломонов Ю. С., Георгиевский В. П., Недбай А. Я., Андрющин В. А. Прикладные задачи механики композитных цилиндрических оболочек. М. : Физматлит, 2014. 408 с.

[3] Замула Г. Н., Колесник К. А. Способы повышения весовой эффективности применения композиционных конструкций // Полет. 2018. № 10. С. 14–24.

[4] Васильев В. В., Барынин В. А., Разин А. Ф., Петроковский С. А., Халиманович В. И. Анизогридные композитные сетчатые конструкции – разработка и приложение к космической технике // Композиты и наноструктуры. 2009. № 3. С. 38–50.

[5] Бахвалов Ю. О., Петроковский С. А., Полиновский В. П., Бахтин А. Г., Разин А. Ф. Особенности проектирования композитных сетчатых отсеков, связанные с условиями их нагружения // Конструкции из композиционных материалов. 2009. № 4. С. 34–43.

[6] Гришин В. И., Дзюба А. С., Дударьков Ю. И. Прочность и устойчивость элементов и соединений авиационных конструкций из композитов. М. : Физматлит, 2013. 272 с.

[7] Дударьков Ю. И., Левченко Е. А., Лимонин М. В. Влияние структуры пакета на краевые эффекты в слоистых композитах // Исследования наукограда. 2014. № 3 (9). С. 25–30.

[8] Думанский А. М., Таирова Л. П., Горлач И., Алимова М. А. Расчетно-экспериментальные исследования нелинейных свойств углепластиков // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2011. № 5. С. 91–97.

[9] Дударьков Ю. И., Левченко Е. А., Лимонин М. В. Некоторые особенности оценки несущей способности стрингерных панелей из ПКМ // Механика композиционных материалов и конструкций. 2019. Т. 25. № 2. С. 192–206.

[10] Дударьков Ю. И., Лимонин М. В., Наумов С. М. Расчетно-экспериментальные исследования закритического деформирования пластин с использованием нелинейного МКЭ // Труды ЦАГИ. Вып. 2698. 2011. С. 70–81.

[11] McCarthy M. A. BOJCAS: Bolted Joints in Composite Aircraft Structures // Air&Space Europe. 2001. vol. 3. no. 3/4. pp. 21–28.

[12] McCarthy C. T., McCarthy M. A., Gilchrist M. D. Predicting Failure in Multi-Bolt Composite Joints Using Finite Element Analysis and Bearing-Bypass Diagrams // Key Engineering Materials. 2005. vol. 293–294, pp. 591–598.

[13] Полилов А. Н., Татусь Н. А. Биомеханика прочности волокнистых композитов. М. : Физматлит, 2018. 328 с.

[14] Tsai S. W. Strength theories of filamentary structures // Schwartz R. T., Schwartz H. S. (Eds.) Fundamental aspects of fiber reinforced plastic composites. New York. Wiley Interscience. 1968. pp. 3–11.

[15] Сироткин О. С., Гришин В. И., Литвинов В. Б. Проектирование, расчет и технология соединений авиационной техники. М. : Машиностроение, 2006. 330 с.

[16] Боровская Я. С., Глебова М. А., Гришин В. И., Гусева Н. В. Оценка прочности металло-композитных соединений с применением критерия Нуизмера // Ученые записки ЦАГИ. 2018. Т. XLIX. № 2. С. 84–92.

[17] Беспалов В. А., Гоцелюк Т. Б., Гришин В. И., Качарава И. Н. О применении модифицированного критерия Нуизмера к расчету прочности метало-композитных соединений // Механика композиционных материалов и конструкций. 2013. Т. 19. № 1. С. 14–34.

[18] ASTM D6742/D6742M-12: Standard Practice for Filled-Hole Tension and Compression Testing of Polymer Matrix Composite Laminates // West Conshohocken. ASTM International. 2012.

Цитирование данной статьи

Гришин В.И., Глебова М.А., Дударьков Ю.И., Левченко Е.А., Лимонин М.В. Анализ прочности силовых элементов и металло-композитных соединений конструкции летательного аппарата // Космические аппараты и технологии. 2020. Т. 4. № 4. С. 191-200. doi: 10.26732/j.st.2020.4.01

Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.