Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Оценка напряженного состояния балок круглого и кольцевого сечения из материалов с различными свойствами на растяжение и сжатие

Авторы

¹В.В. Кашелкин, ²А.С. Демидов, ³Е.А. Капустин

Организации

¹АО «Красная Звезда»
г. Москва, Российская Федерация
²Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
г. Москва, Российская Федерация
³АО «НИИ НПО «ЛУЧ»
г. Подольск, Московская область, Российская Федерация

Аннотация

В настоящее время к материалам на углеродной основе проявляется большой интерес. Они обладают высокими термомеханическими свойствами и массовыми характеристиками, являются достаточно технологичными. В авиационной и космической технике такие материалы нашли широкое применение, например, для изготовления силовых элементов, балок, каркасов, а также элементов обшивки самолетов и ракет. В статье рассматривается напряженное состояние изгибаемых балок круглого и кольцевого сечения из углепластиков. При испытаниях на растяжение и сжатие такие материалы, называемые разномодульными, обнаруживают различные свойства. Поэтому для расчетов на прочность необходимо использовать специальные модели прочности. Предлагается методика расчета на изгиб балок круглого и кольцевого сечения из углепластиков марок М46 и IMS-65. Их модули упругости на растяжение и сжатие, а также соответствующие пределы прочности были определены при испытаниях на машине ZDM-10 с точностью ±1,25 %. На примерах показано, что при расчетах необходимо учитывать различие в свойствах на растяжение и сжатие, а также реальное положение нейтральной оси сечения изгибаемой балки.

Ключевые слова

изгибаемая балка, круглое сечение, кольцевое сечение, напряжения, углепластик, разномодульные материалы, предел прочности при растяжении, предел прочности при сжатии, нейтральная ось сечения

Список литературы

[1] Амбарцумян С. А. Разномодульная теория упругости. М. : Наука, 1982. 217 с.

[2] Работнов Ю. Н. Механика деформируемого твердого тела. М. : Наука, 1979. 744 с.

[3] Пахомов Б. М. Вариант модели разномодульного материала // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия Машиностроение. 2017. № 6. С. 35–48. doi: 10.18698/0236-3941-2017-6-35-48.

[4] Цвелодуб И. Ю. О разномодульной теории упругости // Прикладная механика и техническая физика. 2008. Т. 49. № 1. С. 157–164.

[5] Рач В. А., Тарасов Ю. М., Воскобойников В. Н., Малков И. В. Технология интегральной намотки пространственных ферменных конструкций космических аппаратов из углепластика // Сб. трудов 4-ой Московской междунар. конф. «Теория и практика технологий производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов (ТПКММ)». М. 2005. С. 425–429.

[6] Халиулин В. И., Батраков В. В. Технология производства изделий из композитов: технология интегральных конструкций : учеб. пособие. Казань : Изд-во КНИТУ-КАИ, 2018. 192 с.

[7] Первушин Ю. С., Жернаков В. С. Основы механики, проектирования и технологии изготовления изделий из слоистых композиционных материалов : учеб. пособие. Уфа : УГАТУ, 2008. 303 с.

[8] Скворцов Ю. В. Конспект лекций по дисциплине Механика композиционных материалов. Самара : СГАУ им. С. П. Королева, 2013. 94 с.

[9] Гриневич А. В., Яковлев Н. О., Славин А. В. Критерии разрушения композиционных полимерных материалов (обзор) // Труды ВИАМ. 2019. № 7 (79). С. 92–111. doi: 10.18577/2307-6046-2019-0-7-92-111.

[10] Симамура С., Синдо А., Коцука К., Цутияма Н., Сато Т., Ито Е., Икэгами К., Ямада К., Сакамото А., Ватанабэ Е., Такэда Х., Исикава Т., Сасаки В., Абэ Я. Углеродные волокна. М. : Мир, 1987. 304 с.

[11] Абашев В. М., Демидов А. С., Еремкин И. В., Киктев С. И., Хомовский Я. Н. Температурные напряжения в цилиндрической оболочке из углеродных волокон и контактная задача теплообмена // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 4. С. 7–13.

[12] Иванов Н. И. Сопротивление материалов. М.-Л. : Гостехиздат, 1942. 646 с.

[13] Лю Л., Ши Ц., Бао Х. Металлокомпозитное соединение и его механические характеристики // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 3. С. 220–227.

[14] Демидов А. С., Кашелкин В. В., Капустин Е. А. Оценка напряженного состояния коробчатой оболочки из материала с различными свойствами на растяжение и сжатие // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2019. № 2. С. 154–157.

[15] Беззаметнов О. Н., Митряйкин В. И., Халиулин В. И., Марковцев В. А., Шаныгин А. Н. Оценка влияния ударных повреждений на прочность интегральных панелей из полимерных композиционных материалов при сжатии // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 4. С. 78–91. doi: 10.34759/vst-2021-4-78-91.

[16] Беззаметнов О. Н., Митряйкин В. И., Халиулин В. И. Испытания низкоскоростным ударом различных композиционных материалов // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 4. С. 216–229. doi: 10.34759/vst-2019-4-216-229.

[17] Кузнецов Е. Б., Леонов С. С. Чистый изгиб балки из разномодульного материала в условиях ползучести // Вестник ЮУрГУ. Математическое моделирование и программирование. 2013. Т. 6. № 4. С. 26–38.

[18] Локощенко А. М., Агахи К. А., Фомин Л. В. Чистый изгиб балки в условиях ползучести из разносопротивляющегося материала // Вестник СамГТУ. Серия Физико-математические науки. 2012. № 1 (26). С. 66–73.

[19] Hatta H., Denk L., Watanabe T., Shiota I., Aly-Hassan M. S. Fracture Behavior of Carbon-Carbon Composites with Cross-Ply Lamination // Journal of Composite Materials. 2004. vol. 38. pp. 1479–1491.

[20] Li W., Li H., Wang J., Zhang S., Yang X. Preparation and mechanical properties of carbon/carbon composites with high textured pyrolytic carbon matrix // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013. vol. 23. pp. 2129–2134.

[21] Xue L., Li K., Jia Y., Zhang S., Cheng J., Guo J. Flexural fatigue behavior of 2D cross-ply carbon/carbon composites at room temperature // Materials Science and Engineering: A. 2015. vol. 634. pp. 209–214.

[22] Yang X., Li H., Yu K. Effects of bending cyclic load on mechanical properties of 2D Carbon cloth laminated C/C composites // Applied Mechanics and Materials. 2012. vol. 157–158. pp. 792–795.

[23] Zhang C., Yan K., Qiao S., Li M., Han D., Guo Y. Effect of Oxidation on Fracture Toughness of a Carbon/Carbon Composite // Journal of Wuhan University of Technology – Materials Science Edition. 2012. vol. 27. pp. 944–947.

[24] Писаренко Г. С., Яковлев А. П., Матвеев В. В. Справочник по сопротивлению материалов. К. : Изд-во Дельта, 2008. 816 с.

[25] Андреев П. В., Демидов А. С., Ежов Н. И., Еремин А. Г., Зинчук А. А., Кашелкин В. В., Равикович Ю. А., Федоров М. Ю., Хартов С. А., Холобцев Д. П. Космические ядерные энергоустановки и электроракетные двигатели. Конструкция и расчет деталей : учеб. пособие. М. : Изд-во МАИ, 2014. 508 с.

Цитирование данной статьи

Кашелкин В.В., Демидов А.С., Капустин Е.А. Оценка напряженного состояния балок круглого и кольцевого сечения из материалов с различными свойствами на растяжение и сжатие // Космические аппараты и технологии. 2022. Т. 6. № 3. С. 186-194. doi: 10.26732/j.st.2022.3.04

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