Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА АВИАЦИОННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ДЕФЕКТАМИ В ВИДЕ РАССЛОЕНИЙ

Авторы:
Город:
Москва
ВУЗ:
Дата:
26 февраля 2016г.

В настоящее время в качестве основных материалов авиационных конструкций все больше применяются композиты, механические свойства которых, в совокупности с возможностью задавать различную ориентацию и последовательность укладки слоев, позволяют создать материал, наилучшим образом соответствующий условиям эксплуатации изделия. В течение жизненного цикла изделия – при изготовлении и эксплуатации авиационных конструкции из слоистых композиционных материалов (КМ) возникают различные типы дефектов. Наиболее часто встречающиеся – дефекты в виде расслоений, возникающие в композитных агрегатах механизации крыла - интерцепторах, элероне, закрылке и др. Для оценки влияния повреждения на прочность конструкции из КМ требуется проведение комплекса численных исследований.

В работе приводится методика численного моделирования и анализа поведения дефектов типа расслоений с учетом таких факторов как структура слоистого композита, геометрия зоны расслоения, геометрически нелинейный характер деформирования, что позволяет провести расчеты напряженно-деформированного состояния (НДС) более высокого порядка точности, по сравнению с существующими в настоящее время аналитическими решениями, и, таким образом, наиболее точно предсказать поведение дефекта, находящегося в конструкции.

Целью исследования является оценка влияния дефекта на НДС конструкции из композиционного материала.

В качестве объекта исследования выбран элерон среднемагистрального пассажирского самолета с дефектом в виде расслоения.

Решение осуществляется методом конечных элементов, которое включает математическое моделирование конструкции элерона, составление модели дефекта и последующие численные расчеты.

Алгоритм проведения численного исследования

Расчет проводится по методу подконструкций: объект исследования, в данном случае элерон, является основной конструкций, а модель дефекта – подконструкцией. В соответствии с этим, расчет по предложенному алгоритму можно условно разделить на следующие этапы:

1)       моделирование, расчет и анализ исходной, неповрежденной конструкции из композиционных материалов.

2)      создание модели структурного дефекта и интегрирование еѐ в модель исходной, неповрежденной конструкции.

3)    Проведение численной диагностики и анализа состояния конструкции из композиционных материалов, содержащих структурные дефекты.

4)    Проведение оценки остаточной прочности конструкции на основании анализа полученных результатов. Алгоритм проведения численного исследования представлен на Рисунке 1.

Рассмотрим каждый из этапов более подробно.

Конечно-элементное моделирование конструкции с дефектом.

Геометрическое моделирование и построение конечно-элементной сетки конструкции (Рисунок 2) осуществляется средствами программного комплекса Patran 2012. Расчет напряженно-деформированного состояния выполняется в программе Nastran 2012. Нагрузки и условия закрепления задавались в локальной системе координат, где ось X направлена вдоль осей нервюр, ось Y - перпендикулярно верхней панели элерона, ось Z - параллельна вертикальной стенке лонжерона. В данной работе рассмотрен расчетный случай «Элерон выпущен вверх».

Проведение численного расчета позволяет определить НДС (Рисунок 3) и потоки сил (Рисунок 4) как в конструкции в целом, так и на участке возникновения дефекта.


На следующем этапе производится построение модели дефекта (Рисунок 5) с учетом геометрической нелинейности на основании данных, полученных методами неразрушающего контроля, и приложение нагрузок, определенных для локальной области дефекта из расчета исходной, неповрежденной конструкции.


Результаты численного расчета механического поведения конструкции в области расслоения представлены в виде деформационных картин (Рисунок 6) и полей напряжений (Рисунок 7). Здесь НДС, для удобства анализа, отображено для граничных слоев дефекта: верхний слой - на Рисунке 8, нижний - на Рисунке 9.


Сопоставление результатов расчета исходной и поврежденной конструкций показывают, что в зависимости от геометрических параметров дефекта возможны следующие механизмы локального разрушения: выпучивание, расщепление или смешанная форма. В данном расчете возможно разрушение путем расслоения, выпучивания верхних слоев дефекта.

Преимущества применения разработанной методики.

Преимущества применения разработанной методики расчета конструкций, содержащих структурные дефекты, заключается в:

1)    возможности численной диагностики конструкции в течение всего жизненного цикла изделия;

2)         возможности проведения диагностики путем численного исследования изменения спектра деформационных откликов элементов конструкции из КМ с различными типами структурных дефектов с учетом таких факторов как:

-   структура слоистого композита,

-   геометрия зоны расслоения,

   площадь дефекта и расположение по глубине,

-   геометрически нелинейный характер деформирования;

3)    сопоставление результатов расчетов целого объекта с результатами расчета конструкции, содержащей дефект структуры, позволяет произвести оценку влияния наличия дефекта на деформацию и прочность конструкции.

Выводы.

Предложенная методика численного расчета и разработанная конечно-элементная модель дефекта позволяют более точно определить локальное деформационное состояние в районе повреждения, по сравнению с аналитическим решением.

Проведенные расчеты показывают, что в зависимости от геометрической формы и расположения дефекта развитие повреждения возможно по следующим механизмам разрушения: расслоение, расщепление или смешанная форма. Определение преобладающего механизма разрушения зависит от площади расслоения и порядка укладки слоѐв. Таким образом, моделирование конструкции, содержащей дефект, является многопараметрической задачей, которую успешно позволяет решить предложенная методика.

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 14-19-00776.