Разработка метода расчета напряженно-деформированного состояния многослойных пластин из волокнистых композиционных материалов с учетом технологических факторов

• Автор: Биткина, Ольга Владимировна
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 174 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Аналитический обзор и постановка задач исследования
1.1 Основные подходы построения математических моделей деформирования многослойных композитных пластин и оболочек
1.2 Аналитические методы приведения трехмерных задач теории упругости к двумерным задачам пластин и оболочек
1.3. Методы расчета, напряженно-деформированного состояния пластин и оболочек при их проектировании из анизотропных композиционных материалов
Глава 2. Разработка математической модели НДС многослойной композитной конструкции с несимметричным по толщине строением пакета в условиях температурных и силовых воздействий с учетом технологических остаточных напряжений
2.1. Основные деформационные и силовые характеристики при изгибе слоистых панелей из композиционного материала
2.2 Построение решений краевых задач изгиба многослойной композитной панели с различными несимметричными условиями закрепления краев
2.3 Разработка прикладного программного обеспечения для анализа напряженно-деформированного состояния многослойных композитных пластин
Глава 3. Численное исследование напряженно-деформированного состояния слоистых композитных панелей в поле внешних температурно-силовых нагрузок, технологических возмущений структуры пакета и начального напряженного состояния
3.1. Постановка задачи

3.2. Влияние угла разориентации на прочность и перемещения многослойных углепластиковых панелей с продольно-поперечной укладкой слоев и укладкой с продольно-поперечными и косыми слоями
3.3 Влияние предварительного натяжения волокон, углов армирования и процентного содержания компонентов композита на прочность многослойных композитных панелей
3.4 Влияние толщины панели, угла разориентации слоев, уровня предварительного натяжения волокон и объемного содержания компонент слоя на коробление многослойных композитных пластин
3.5 Влияние остаточных технологических напряжений на напряженно - деформированное состояние панелей при силовом нагружении
4. Экспериментальная оценка методики расчета на прочность и деформативность элементов слоистых композиционных панелей с учетом технологических факторов
4.1 Экспериментальное исследование формоизменения панели в зависимости от углов разориентации и толщины панели в процессе изготовления
4.2 Экспериментальное исследование зависимости статической прочности и эффективного модуля упругости волокнистых композиционных материалов от уровня натяжения волокна
4.3 Экспериментальное исследование напряженно - деформированного состояния панели в зависимости от силового нагружения
4.4 Внедрение результатов
Заключение
Литература
Приложение А
Приложение Б

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Современное развитие авиационной и космической техники характеризуется возрастающим применением в размеростабильных конструкциях различного назначения тонкостенных слоистых элементов из композиционных материалов, например, в качестве элементов конструкции крупногабаритных зеркальных антенн, элементов несущих конструкций оптических телескопов и др. Наиболее часто в роли тонкостенных слоистых элементов выступают многослойные пластины, изготовленные из высокопрочных и высокомодульных композиционных материалов (КМ). К основным требованиям, предъявляемым к размеростабильным конструкциям, работающим в условиях открытого космоса, относятся: высокая точность изготовления, измеряемая
отклонениями от геометрически заданных форм долями миллиметра; высокая точность форм и размеров в процессе эксплуатации, что должно обеспечиваться долговременной стабильностью термомеханических и тепловых свойств материала и конструкции; малая масса при одновременно высоких прочности и жесткости.
В практике изготовления слоистых тонкостенных элементов конструкций (в частности, многослойных пластин) довольно широко встречаются случаи, когда изготовленные конструкции изменяют свою первоначальную геометрию и в результате оказываются непригодными для использования по требованиям обеспечения точности. Исходя из этого, основная проблема, связанная с технологией производства космических и авиационных конструкций и их основных элементов из композиционных материалов, заключается в получении эталона рабочей поверхности конструкции, исключающей коробление под действием технологических остаточных напряжений, различных типов нагрузок, а также внешних и внутренних силовых факторов. Решение этих проблем реализуется комплексным подходом разработки новых технических и технологических

граничными условиями и учетом технологических факторов, таких как ассиметричное строение по толщине пакета, анизотропия механических свойств компонент композита, технологические и температурные остаточные напряжения, технологические допуски укладки волокон и другие, а также разработка и проведение экспериментальных исследований в этом направлении.
Достижение поставленной цели связано с решением следующих частных задач:
1) разработка математической модели оценки прочности и деформируемости прямоугольных многослойных пластин из композиционных материалов (КМ) с учетом технологических возмущений напряженно-деформированного состояния (НДС) и структуры пакета;
2) разработка математического, алгоритмического и программного обеспечения для реализации математической модели и параметрический анализ влияния температурно-силовых и технологических факторов на НДС;
3) исследование влияния структуры композитного материала на формоизменение панелей с учетом технологических возмущений напряженно-деформированного состояния и структуры пакета, асимметричности строения по толщине, количества слоев укладки, вариаций допусков и т.д.
4) проведение экспериментальных исследований по определению влияния технологических и температурно-силовых факторов на формоизменение и напряженно-деформированное состояние;
5) экспериментальная проверка разработанных расчетных методов в широком диапазоне входных силовых, геометрических и технологических параметров;
6) разработка рекомендаций по созданию размеростабильных тонкостенных панелей из КМ.