Прогнозирование прочности авиационных конструкций с механическим крепежом методом интегральных уравнений

• Автор: Плаксин, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 05.07.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 119 с. : ил.

1. АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ АНИЗОТРОПНЫХ КЛЕПАНЫХ ПЛАСТИН ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ С ТРЕЩИНАМИ,
ВЫРЕЗАМИ И ПОДКРЕПЛЯЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
1.1.Основные соотношения теории пластин из слоистых
композиционных материалов
1.1.1. Некоторые формы записи закона Гука для анизотропных тел
1.1.2. Определение эффективных механических характеристик слоистого композиционного материала при плоском напряженном состоянии
1.2,Основные соотношения плоской задачи теории упругости
анизотропного тела
1.3.Сингулярные решения плоской задачи анизотропной теории
упругости
1.3.1. Особенности комплексных потенциалов в точке приложения
сосредоточенной силы
1.3.2. Действие сосредоточенной силы в пластине с эллиптическим
отверстием
1.3.3. Упругая анизотропная плоскость, ослабленная трещиной
1 АПостановка задачи и основные допущения
1.5 .Общие представления решения 3
1 .б.Интегральные уравнения на контурах трещин и границе
области
1.7.Условия совместности смещений в точках крепежа
1.8.Сведение интегральных уравнений задачи к каноническому виду. Алгоритм численного решения
1.9.Приложение построенных решений к оценке остаточной
прочности и долговечности подкрепленных клепаных панелей
1.9.1. Построение кривых остаточной прочности подкрепленных
панелей
1.9.2. Расчетная модель многорядного заклепочного шва
1.9.3. Учет влияния формы поперечного сечения приклепанных
стрингеров на остаточную прочность панели
1.9.4. Рост усталостной трещины в трехстрингерной панели при
циклическом нагружении
1.9.5. Напряженно-деформированное состояние и характеристики
остаточной прочности подкрепленной пластины прямоугольной формы
1.9.6. Остаточная прочность подкрепленных клепаных панелей с
многоочаговыми повреждениями. Результаты расчетов
2. АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ АНИЗОТРОПНЫХ КЛЕПАННЫХ ПЛАСТИН ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ С
ТРЕЩИНАМИ, ВЫРЕЗАМИ И ПОДКРЕПЛЯЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
2.1 .Постановка задачи и основные допущения
2.2.0бщие представления решения
2.3.Интегральные уравнения на контурах трещин и границе области
2.4.Условия совместности смещений в точках крепежа
2.5.Сведение интегральных уравнений задачи к каноническому виду. Алгоритм численного решения
2.6.Приложение построенных решений к оценке напряженно
деформированного состояния многослойных клепаных панелей
2.6.1. Подкрепление выреза в панели приклепанной листовой
накладкой
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность проблемы. Последние десятилетия характеризуется интенсивными разработками и широким внедрением новых материалов. Именно материалы стали ключевым звеном, определяющим успех инженерных решений в различных отраслях промышленности. В то же время широко используемые в авиационной и космической технике, машиностроении высокопрочные и малопластичные материалы склонны в процессе эксплуатации к хрупкому разрушению, т.е. к разрушению путем распространения трещины. Причем разрушение всегда начинается около технологического или конструктивного концентратора напряжений (КН).
Одно из основных преимуществ композиционных материалов (КМ) по сравнению с традиционными сплавами высокая удельная прочность и жесткость в выбранных направлениях - обуславливает эффективность их использования в авиакосмических конструкциях, где снижение веса имеет определяющее значение. Одним из сдерживающих моментов расширения области приме- нения КМ оказывается отсутствие надежных методов расчета на прочность и долговечность конструкций из КМ с концентраторами напряжений. В силу сказанного, в инженерной практике остро встал вопрос изучения распределения напряжений и деформаций около концентраторов напряжений и трещин в таких широко применяемых сложных элементах конструкций из сплавов и КМ. Эти исследования являются весьма важными при расчетах на прочность и долговечность. Поэтому разработка эффективных методов определения напряженно-деформированного состояния (НДС) двумерных изотропных и анизотропных тел с отверстиями, трещинами и подкреплениями является весьма актуальной проблемой как с теоретической, так и с практической точки зрения.
Обзор состояния проблемы и обоснование цели исследования. Исследования напряжений в упругих телах с трещинами составляют основу механики хрупкого (квазихрупкого) разрушения. Многие российские ученые внесли су-

<7 = 0 ). Кружками помечены напряжения, соответствующие страгиванию трещины, а треугольниками - разрушение панели. Для первой и пятой групп образцов (2!0 = 50 и 350 мм) разрушение конструкции происходило из-за потери несущей способности листа, а для второй — четвертой группе образцов характерно окончательное разрушение панели после разрушения стрингера № 3 над трещиной. Процесс разрушения протекал по следующей схеме: а) при некотором уровне напряжения сг трещина страгивалась и затем малому приращению сг соответствовало малое приращение длины трещины 21; б) при достижении
критического значения сг° (1.74) трещина в листе скачкообразно увеличивалась до величины 21 = 300 мм и останавливалась (включались в работу стрин-

геры № 2 и № 4); в) при достижении <7 критического значения <7 (1.74) разрушался стрингер № 3, что приводило к разрушению образца в целом.
Из сопоставления расчетов с данными экспериментов следует необходимость учета податливости крепежа. Поэтому критическое состояние образца на рис.
1.7 а характеризуется линией ЛЕШКИ. Горизонтальный участок ВО определяет зону торможения трещины. Точки, лежащие ниже линии АВОГН, образуют зону “безопасного” повреждения Приклепанные стрингеры существенно повышают характеристики ОП обшивки. Например, при 21 = 300 мм ОП подкрепленной обшивки в 1,92 раза выше, чем у неподкрепленной.
Аналогичные результаты расчетов для образцов ДЗ с учетом податливости крепежа приведены на рис. 1.7 б.