Сравнительное исследование механических характеристик при сжатии X-образного и пирамидального ферменных заполнителей

DOI: 10.34759/vst-2021-2-107-114

Авторы

Мусави Сафави С. М.^*, Гарипов Л. А.^**, Клюев С. В.^***, Юсупов И. Р.^****

Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ, ул. Карла Маркса, 10, Казань, 420111, Россия

*e-mail: sm.mousavi.s@gmail.com
**e-mail: lingar777@mail.ru
***e-mail: 11sergey93@mail.ru
****e-mail: xminusx@mail.ru

Аннотация

В настоящее время в поисках многофункциональных заполнителей трёхслойных конструкций авиакосмического назначения разработано большое разнообразие пространственно-ферменных структур, в том числе пирамидальных и Х-образных ферменных заполнителей. В данной работе механические характеристики при сжатии Х-образных и пирамидальных ферменных заполнителей сравниваются аналитическим и экспериментальным способами. Результаты проведённых экспериментов хорошо согласуются с результатами расчетов. Полученные результаты показывают, что при одинаковых относительных плотностях заполнителей и одинаковых углах наклона стержней заполнителей обобщённое критическое напряжение при сжатии Х-образного ферменного заполнителя не меньше обобщённого критического напряжения при сжатии пирамидального ферменного заполнителя, однако при вышеуказанных условиях их обобщённые жёсткости при сжатии всегда одинаковые.

Ключевые слова:

относительная плотность заполнителя, Х-образный заполнитель, пирамидальный заполнитель, обобщённая жёсткость при сжатии, обобщённое критическое напряжение при сжатии

Библиографический список

1. Wadley H.N.G. Multifunctional periodic cellular metals // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2006. Vol. 364. No. 1838, pp. 31-68. DOI: 10.1098/rsta.2005.1697

2. Гайнутдинов В.Г., Абдуллин И.Н., Мусави Сафави С.М. О расчёте проектных значений плотности рациональной трёхслойной конструкции со стержневым заполнителем // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2016. № 1. С. 59-63.

3. Гайнутдинов В.Г., Мусави Сафави С.М., Абдуллин И.Н. Условия разрушения пирамидальных и тетраэдальных ячеек ферменных заполнителей // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. 2015. Т. 71. № 2. С. 11-15.

4. Мусави Сафави С.М. Методика определения рациональных геометрических параметров элементарной ячейки Х-образного заполнителя // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2019. Т. 18. № 3. С. 99-108. DOI: 10.18287/2541-7533-2019-18-3-99-108

5. Халиулин В.И., Гимадиев Р.Ш., Марковцев В.А., Левшонков Н.В. Процесс оппозитного формообразования рельефных пластин складчатой структуры // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2019. Т. 18. № 4. С. 169-182. DOI: 10.18287/2541-7533-2019-18-4-169-182

6. Шабалов А.В., Халиулин В.И., Гимадиев Р.Ш., Левшонков Н.В. Моделирование трансформирования шестилучевой складчатой структуры // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2019. № 2. С. 108-117.

7. Бохоева Л.А., Балданов А.Б., Чермошенцева А.С. Разработка оптимальной конструкции многослойной консоли крыла беспилотного летательного аппарата с экспериментальным подтверждением // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 1. С. 65-75. DOI: 10.34759/vst-2020-1-65-75

8. Абдуллин И.Н. Расчётные и экспериментальные исследования жёсткости и прочности трёхслойных конструкций с заполнителем в виде повторяющихся пирамидальных ячеек // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. 2015. Т. 71. № 1. С. 5-11.

9. Zok F.W., Waltner S.A., Wei Z., Rathbun H.J., McMeeking R.M., Evans A.G. A protocol for characterizing the structural performance of metallic sandwich panels: application to pyramidal truss cores // International Journal of Solids and Structures. 2004. Vol. 41. No. 22-23, pp. 6249-6271. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2004.05.045

10. Queheillalt D.T., Wadley H.N.G. Titanium alloy lattice truss structures // Materials & Design. 2009. Vol. 30. No. 6, pp. 1966-1975. DOI: 10.1016/j.matdes. 2008.09.015

11. Queheillalt D.T., Wadley H.N.G. Pyramidal lattice truss structures with hollow trusses // Materials Science and Engineering: A. 2005. Vol. 397. No. 1-2, pp. 132–137. DOI: 10.1016/j.msea.2005.02.048

12. Rathbun H.J., Wei Z., He M.Y., Zok F.W., Evans A.G., Sypeck D.J., Wadley H.N.G. Measurement and simulation of the performance of a lightweight metallic sandwich structure with a tetrahedral truss core // Journal of Applied Mechanics. 2004. Vol. 71. No. 3, pp. 368-374. DOI: 10.1115/1.1757487

13. Woods B.K.S., Hill I, Friswell M.I. Ultra-efficient wound composite truss structures // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2016. Vol. 90, pp. 111-124. DOI: 10.1016/j.compositesa.2016.06.022

14. Рябов А.А., Романов В.И., Маслов Е Е., Стрелец Д.Ю., Корнев А.В., Иванов А.И. Сравнительный анализ импульсного деформирования элементов авиационных конструкций из алюминиевого сплава и композитного материала // Вестник Московского авиационного института. 2015. Т. 22. № 2. С. 152-161.

15. Тудупова А.Н., Стрижиус В.Е., Бобрович А.В. Расчетно-экспериментальная оценка ресурсных характеристик композитных панелей крыла самолета транспортной категории // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 4. С. 21-29. DOI: 10.34759/vst-2020-4-21-29

16. Gregg C.E., Kim J.H., Cheung K.C. Ultra-Light and Scalable Composite Lattice Materials // Advanced Engineering Materials. 2018. Vol. 20. No. 9. DOI: 10.1002/adem.201800213

17. Gurley A., Beale D., Broughton R., Branscomb D. The Design of Optimal Lattice Structures Manufactured by Maypole Braiding // Journal of Mechanical Design. 2015. Vol. 137. No. 10, pp. 101401 (8 pages). DOI: 10.1115/1.4031122

18. Takamoto K., Ogasawara T., Kodama H. et al. Experimental and numerical studies of the open-hole compressive strength of thin-ply CFRP laminates // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2021. Vol. 145, p. 106365. DOI: 10.1016/j.compositesa.2021.106365

19. Ju S., Jiang D.Z., Shenoi R.A., Xiao J.Y. Flexural properties of lightweight FRP composite truss structures // Journal of Composite Materials. 2011. Vol. 45. No. 19, pp. 1921-1930. DOI: 10.1177/0021998311410237

20. Jiang Y. On the Compression Mechanism of the Composite Lattice Structures // Composites and Advanced Materials. 2015. Vol. 24. No. 5. DOI: 10.1177/096369351502400502