Проектирование композитных элементов конструкций и их соединений на базе численно-аналитических методов

• Автор: Бондаренко, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.07.02, 05.07.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 144 с. : ил

Содержание

Введение
Глава 1 Особенности расчета на прочность элементов авиационных конструкций, выполненных с применением композиционных материалов
1.1.Повышение роли композитов при проектировании авиационной техники
1.2. Механические характеристики композиционных материалов
1.3. Виды соединений в конструкциях из композиционных материалов
1.4. Способы ремонта конструкций с применением КМ
1.5. Методики определения прочности элементов авиационных конструкций
Глава 2 Численно - аналитическая методика определения напряженно-деформированного состояния в двумерной постановке
2.1. Постановка задачи
2.2. Определение усилий в болтовых и заклепочных соединениях
2.3. Вычисление напряжений в отверстиях под крепеж
2.4. Клеевые соединения
2.4.1. Методика расчета 5
2.4.2. Учет нелинейности клея
2.4.3. Исследование разрушения пластины с отверстием, усиленной круглой накладкой
Глава 3 Численно - аналитическая методика определения напряженно-деформированного состояния в трехмерной постановке
3.1. Исследование силового контактного взаимодействия тел
3.1.1. Методика решения
3.1.2. Оценка достоверности методики

3.2. Клеевые соединения
3.2.1. Методика расчета 7
3.2.2. Учет нелинейности клея
3.2.3. Оценка достоверности методики
Глава 4 Применение методик расчета к определению рациональных параметров и прочности элементов конструкций
4.1. Определение усилий в дискретных связях крепления накладки к пластине
4.2. Исследование элементов крепления лопасти вертолета из КМ
4.2.1. Выбор конструктивно-технологических параметров узла крепления лопасти вертолета
4.2.2. Исследование разрушения соединения, выполненного намоткой
4.3. Усиление обшивок с отверстиями накладками переменной толщины
4.4. Вычисление энергии разрушения в элементах соединения сжатых панелей с силовым набором крыла
4.4.1. Методика расчета
4.4.2. Описание программ расчета
4.4.3. Примеры расчета
4.5. Исследование рациональных параметров узла крепления стеклопластиковой лопасти вентилятора ГАЦ-28Т
Основные результаты и выводы
Литература

Введение
В середине 50-х годов в авиастроении начал разрабатываться новый класс материалов - полимерных композиционных материалов (ПКМ) или композитов. Реализация разработок этого типа привела в начале 70-х годов к широкому применению композитов в производстве летательных аппаратов.
Обладая высокими удельными прочностными и жесткостнымя характеристиками, стойкостью к зарождению и развитию трещин, инертностью по отношению к окружающей среде и различным агрессивным средам, их внедрение требует решения многих проблем - разработки материалов с высокими технологическими и эксплуатационными свойствами при низкой стоимости, принципов проектирования, учитывающих особенности ПКМ, принципов формирования экономичной и высокопроизводительной технологии изготовления.
Накопленный опыт по применению ПКМ, показывает, что наиболее эффективным является путь, при котором планер или несущая система сразу проектируются с учетом свойств и особенностей ПКМ. При создании высокона-груженных многофункциональных агрегатов достигается эффект не только за счет снижения массы, но и уменьшения количества входящих в агрегат деталей. В связи с этим вопросы разработки эффективных конструкторских решений на основе новых методов расчета, как при проектировании новых изделий, так и при восстановлении их прочности в процессе эксплуатации являются актуальными.
Исследования в области создания новых ПКМ, способов изготовления и проектирования конструкций из этих материалов приводились в трудах отечественных и зарубежных исследователей Образцова И.Ф. Васильева В.В. Болотина В.В., Бунакова В.А., Протасова В.Д.[1-4], Кутьинова В.Ф.[5-6], Сироткина О.С., Литвинова В.Б.[7], Царахова Ю.С.[8], Ушакова А.Е.[9] Аскани Л.[10], Баллока Ц.[11], Чемиса Ц.[12], Диксона Дж.[13], Дурхлауба И.[14] и др.
Проблема эффективного использования ПКМ в агрегатах планера связана

технологических решений выполнения соединений в высоконагруженных агрегатах из КМ, главным отличием которых является наличие механического соединения, болтового, штифто-болтового, при наличии металлических наконечников.
Характерным для формирования нерегулярных зон является наличие многорядных наконечников, которые как с позиций технической, так и с экономической являются весьма неэффективными. Достаточно отметить такой факт, в многорядных соединениях усилия распределяются весьма неравномерно, причем с увеличением числа рядов неравномерность распределения усилий увеличивается. Наибольшие усилия воспринимают крайние ряды, их суммарная нагрузка составляет в узлах из КМ 50 - 70%, в то время как средние ряды в значительной мере недогружены.
Серьезной задачей, вызывающей определенные трудности, является теоретическое определение усилий в многорядных соединениях из-за их статической неопределенности.
Об экономической стороне можно судить по коэффициенту использования металлов втаких соединениях, не превышающих 10-12%.
Таким образом, нецелесообразно создавать в конструкциях из КМ многорядные узлы, они трудоемки и в условиях переменных нагрузок неэффективны.
1.4. Способы ремонта конструкций с применением КМ
Ремонт технологических дефектов и эксплуатационных повреждений, выявленных соответственно при проведении неразрушающего контроля (НК) в процессе производства и регламентных осмотров в эксплуатации, является обязательным элементом организационно-технической системы обеспечения эксплуатационной живучести авиаконструкций.
Виды ремонта могут быть классифицированы следующим образом [37]:
- ремонт с использованием препрега (с обработкой кромок повреждения "на ус", без обработки кромок повреждения "на ус"):