АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ
ОТВЕРСТИЙ С ПОДКРЕПЛЕНИЕМ В ЛИСТОВЫХ ДЕТАЛЯХ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 

Вашуков Юрий Александрович, кандидат технических наук, доцент, кафедра производства летательных аппаратов и управления качеством в машиностроении, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева, E-mail: vashukov@ssau.ru
Климов Егор Андреевич, магистрант, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева, E-mail: wenzelw@yandex.ru 

621.961.2 

Актуальность и цели. Современный летательный аппарат (ЛА) проектируется и производится с учетом чрезвычайно жестких условий эксплуатации. Среди основных параметров эксплуатации – превышение скорости звука, многократ-
но повторяемые пиковые нагрузки, форсированные режимы полетов во всепогодных условиях, резкие перепады температур, силовое воздействие аэродинамических факторов. Создание новых образцов авиационной и ракетно-космической техники с постоянно растущими требованиями к повышению эффективности, ресурса и надежности заставляет аэрокосмические державы разрабатывать новые материалы и технологические процессы, искать нетрадиционные конструктивные решения и методы проектирования. К числу наиболее важных требований, предъявляемых к конструкциям современных летательных аппаратов, относятся минимальная масса, максимальная жесткость и прочность узлов, максимальный ресурс работы конструкций в условиях эксплуатации, высокая надежность. В значительной мере перечисленные требования к конструкции обеспечиваются выбором материала и совершенствованием технологии изготовления конструкции из данного материала. Для аэрокосмической техники наиболее перспективными считаются композиционные материалы, использование которых обеспечивает максимальный рост массового совершенства конструкций ЛА. Однако эффективность использования КМ в аэрокосмической технике во многом зависит от качества соединений в зоне стыка элементов конструкции. Это связано с тем, что большинство разрушений конструкций из КМ происходит в зоне соединений (60…85 %). При этом вес стыков часто составляет 20…30 % от веса конструкции.
Материалы и методы. Проводился анализ и сравнение существующих методов повышения несущей способности деталей из КМ с отверстиями. Рассматривался разработанный способ образования отверстий с подкреплением в деталях из КМ. Оценка напряженно-деформированного состояния деталей производилась путем конечно-элементного моделирования с использованием программного комплекса ANSYS.
Результаты. Проверена адекватность конечно-элементной модели путем сравнения полученных результатов с известными аналитическими решениями.
Выводы. Использование разработанного способа позволяет получить более равномерное распределение напряжений в пластине за счет введения переменного натяга. Это дает возможность управлять напряженно-деформированным состоянием в пластине из КМ по контуру отверстия при эксплуатационных нагрузках. 

Ключевые слова

композиционные материалы, моделирование, экспериментальное исследование, напряженно-деформированное состояние, подкрепление, граничные условия, растягивающая нагрузка, конечно-элементная модель, анизотропия 

 Скачать статью в формате PDF