Проектирование силовых авиационных конструкций из волокнистых композитов на основе дискретных моделей

• Автор: Зарубин, Вячеслав Александрович
• Шифр специальности: 05.07.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Куйбышев
• Количество страниц: 154 c. : ил

Предисловие
ГЛАВА I. ОБЗОР СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ
ИС С ЛН ДО ВАНИН
1.1. Введение

1.2. Методы проектирования
1.3. Методы анализа. . .
1.4. Цель и задачи исследования
1.5. Выводы по главе I
ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ МЕТОДА АНАЛИЗА. ТОНКОСТЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ИЗ СЛОИСТЫХ ВОЛОКНИСТЫХ КОМПОЗИТОВ
2.1. Введение
2.2. Вывод основных соотношений для однонаправленного слоя
2.3. Выбор базового элемента
2.4. Построение элемента для расчета мембранных конструкций из слоистых волокнистых композитов
2.5. Реализация и оценка разработанного элемента
2.6. Учет физической нелинейности материала
2.7. Оценка прочности
2.8.. Учет разрушения связующего
2.9. Выводы по главе
ГЛАВА 3. ПОСТРОЕНИЕ МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТОНКОСТЕННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ ИЗ СЛОИСТЫХ ВОЛОКНИСТЫХ КОМПОЗИТОВ
3.1. Введение
3.2. Задача оптимизации и ее анализ
3.3. Вывод осноеных соотношений для построения алгоритмов оптимизации

3.4. Проектирование по условиям прочности
3.5. Проектирование по условиям прочности и
жесткости
3.6. Выводы по главе 3
ГЛАВА 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ АГРЕГАТОВ ПЛАНЕРА
4.1. Введение
4.2. Краткое описание системы РНПАК
4.3. Исследование закрылка
4.4. Проектирование стабилизатора
4.5. Выводы по главе
Заключение
Литература

ПРЕДИСЛОВИЕ
Данное исследование посвящено разработке методов проектирования силовых авиационных конструкций из современных волокнистых композитов.
Актуальность выбранной темы определяется её практической направленностью, что вытекает из директивных документов об основных направлениях развития отечественной науки /77/.
В пропессе выполнения работы решен ряд новых задач, связанных с разработкой методов анализа и проектирования силовых авиационных конструкций из композитов, созданием алгоритмов и программного обеспечения, реализующих эти методы, проведением вычислительных экспериментов и исследованием агрегатов планера.
Для определения напряженно-деформированного состояния проектируемых конструкций используется метод конечных элементов (МКЭ), поэтому методы, разработанные в диссертации, неразрывно связаны с МКЭ.
Созданное программное обеспечение реализовано в рамках системы РИПАК (Расчет И Проектирование Авиационных Конструкций)
/50 / и внедрено в конструкторских бюро.
В работе на защиту выносятся следующие положения.
1. Элементарная модель материала композита, предназначенная для МКЭ, позволяющая описывать механические характеристики как через параметры структуры материала, так и через экспериментальные данные и определять деформации и напряжения в элементах структуры.
2. Несовместный четырехузловой мембранный элемент слоистого волокнистого композита и методика построения матрицы жёсткости конечного элемента однонаправленного слоя на базе известных элементов и элементарной модели.
3. Методика проведения расчета с учетом физической нелиней-

(&]5= [Т«НР]3 (2.4.5)
4. Для каждого олоя ] , используя (2.2.45) и (2.2.46), вычисляем напряжения в волокнах 6^ и в связующем {б^ ] ♦
6^ ] [Т£у ] [и] (2.4,6)
{<5Ч]Ы>«!Ю I [ТЬи] [и] (2.4.7)
2.5. Реализация и опенка разработанного элемента
Элемент реализован в системе РИМк/бО/. Имеется несколько модификаций элемента, что допускает различные варианты задания материала. В основе всех вариантов лежат две возможности. В первом случае структура описывается „явно, то есть исходными данными являются объёмная доля волокон в материале, угол укладки волокон, плотность укладки (число волокон на единицу длины), диаметр волокон, модуль упругости волокон, модуль упругости связующего, коэффициент Пуассона связующего для каждого слоя. Во втором случае материал описывается через средние (эффективные) характеристики слоев. При этом исходными данными являются объёмная доля волокон, модуль упругости материала в направлении армирования, модуль поперек армирования, модуль сдвига и коэффициент Пуассона в этих осях, толщина каждого слоя.
Во всех модификациях элемента определяются следующие напряжения в центре (точка 0) каждого слоя j элемента, рис. 2.5.1:
“ (^ ~ средние напряжения в осях элемента;
“ (^ г] ~ средние напряжения в осях, связанных
с направлением армирования;
- - напряжения в волокнах;
“ ,Теиj *" напряжения в связующем в осях, связанных с направлением армирования.