Проектирование гладких металлических панелей при обеспечении устойчивости и прочности при закритическом поведении

DOI: 10.34759/vst-2022-1-36-47

Авторы

Митрофанов О. В.

e-mail: MitrofanovOV@mai.ru

Аннотация

Для верхних панелей кессона крыла самолетов малой грузоподъемности допускается потеря устойчивости тонких обшивок при нагрузках близких к эксплуатационному уровню. В работе предложена прикладная методика определения оптимальных параметров тонких металлических обшивок с учетом рассмотрения двух уровней нагружения. На первом уровне – необходимо обеспечить устойчивость прямоугольной панели с минимальным запасом. На втором уровне нагружения необходимо обеспечить прочность рассматриваемой панели при закритическом поведении также с минимальным запасом. В качестве переменных параметров выбраны толщина и ширина панели. В работе предложены методики проектирования панелей, основанные на аналитических решениях геометрически нелинейных задач, при рассмотрении различных вариантов нагружения тонкой панели (сжатие, сдвиг и комбинированное нагружение). Полученные аналитические соотношения могут быть рекомендованы для использования на ранних этапах проектирования при выборе конструктивных решений. Примером применения методики может быть многозамкнутый закрылок.

Ключевые слова:

закритическое состояние, устойчивость, металлические прямоугольные панели, сжатие, сдвиг

Библиографический список

1. Вольмир А.С. Гибкие пластины и оболочки. – М.: Гостехиздат, 1956. – 419 с.

2. Авдонин А.С., Фигуровский В.И. Расчет на прочность летательных аппаратов: Учеб. пособие. – М.: Машиностроение, 1985. – 440 с.

3. Баничук Н.В., Бирюк В.И., Сейранян А.П. Методы оптимизации авиационных конструкций. – М.: Машиностроение, 1989. – 296 с.

4. Лизин В.Т., Пяткин В.А. Проектирование тонкостенных конструкций: Учеб. пособие. – 4. изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1994. – 447 с.

5. Белоус А.А., Поспелов И.И. Метод расчета на устойчивость панели крыла малого удлинения // Труды ЦАГИ. Вып. 1783. – М.: Издательский отдел ЦАГИ, 1976. – 36 с.

6. Андриенко В.М., Поспелов И.И. Оптимальное проектирование панелей кессона крыла по условиям прочности и устойчивости // Проектирование и расчет на прочность авиационных конструкций: Сб. статей, посвящ. памяти А.А. Белоуса. Вып. 2623. – М.: Издательский отдел ЦАГИ, 1996. С. 68-75.

7. Иерусалимский К.М., Корнеев А.Н., Фомин В.П. Методика расчета напряженно-деформированного состояния тонкостенных цилиндрических конструкций при неравномерных нагрузках // Проектирование и расчет на прочность авиационных конструкций: Сб. статей. Вып. 2628. – М.: Издательский отдел ЦАГИ, 1997. С. 21-28.

8. Дзюба А.С., Елеонский С.И., Матвиенко Ю.Г., Писарев В.С. Эволюция параметров механики разрушения для трещин, распространяющихся от исходного и упрочнённого отверстий // Прочность конструкций летательных аппаратов: сборник тезисов научно-технической конференции (31 мая – 1 июня 2018; Жуковский) / Под ред. М.Ч. Зиченкова. Т. 2782. – М.: Издательский отдел ЦАГИ, 2018. С. 7–9.

9. Чедрик В.В. Оптимизация конструкций с использованием двойственности в нелинейном программировании // Проектирование и расчет на прочность авиационных конструкций: Сб. статей. Вып. 2632. – М.: Издательский отдел ЦАГИ, 1998. С. 62-66.

10. Никифоров А.К., Чедрик В.В. Применение метода нелинейного программирования в задаче оптимизации подкрепленных панелей по условиям прочности и устойчивости // Проектирование и расчет на прочность авиационных конструкций: Сб. статей. Вып. 2628. – М.: Издательский отдел ЦАГИ, 1997. С. 47-53.

11. Меркулов И.Е., Ендогур А.И. Оптимизация сварных конструкций сверхзвуковых самолетов с учетом конструктивно-технологических схем // Авиация и космонавтика – 2017: Сб. тезисов XVI Международной конференции (20–24 ноября 2017; Москва). – М.: Люксор, 2017. С. 48-49.

12. Селюгин С.В., Чехов В.В. Расчет рациональных параметров физически нелинейных конструкций // Проектирование и расчет на прочность авиационных конструкций: Сб. статей. Вып. 2632. – М.: Издательский отдел ЦАГИ, 1998. С. 85-95.

13. Чехов В.В. Теоретическая оценка влияния пластичности и больших деформаций на свойства оптимального проекта на примере нагружения трёхстержневой фермы // Прочность конструкций летательных аппаратов: сборник тезисов научно-технической конференции (31 мая – 1 июня 2018; Жуковский) / Под ред. М.Ч. Зиченкова. Т. 2782. – М.: Издательский отдел ЦАГИ, 2018. С. 212-213.

14. Митрофанов О.В. Проектирование панелей крыла минимальной массы из композитных материалов с учетом закритического поведения обшивки // Вестник Московского авиационного института. 2002. Т. 9. № 1. С. 35-42.

15. Митрофанов О.В. Проектирование несущих панелей авиационных конструкций по закритическому состоянию: Монография. – М.: Изд-во МАИ, 2020. – 160 с.

16. Дзюба А.С., Дударьков Ю.И., Левченко Е.А., Лимонин М.В., Цой С.В., Яшутин А.Г. Методология применения современных расчетных методов к отработке статической прочности авиаконструкций // Прочность конструкций летательных аппаратов: сборник тезисов научно-технической конференции (31 мая – 1 июня 2018; Жуковский). Под редакцией М.Ч. Зиченкова. Т. 2782. – М.: Издательский отдел ЦАГИ, 2018. С. 7.

17. Зиченков М.Ч., Дзюба А.С., Дубинский С.В., Лимонин М.В., Парышев С.Э., Панков А.В. Развитие методов анализа и исследования прочности авиационных конструкций // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. 2018. № 11. С. 87-105.

18. Балабух Л.И. Устойчивость фанерных пластинок // Техника воздушного флота. 1937. № 9. С. 19-38.

19. Mitrofanov O. Definition of preferable thickness of metal cylindrical panels with mild camber based on post-buckling behavior due to compression // III International Conference of Young Scientists on Contemporary Problems of Materials and Constructions (24–28 August 2019, Ulan-Ude, Russian Federation). DOI: 10.1088/1757-899X/684/1/012017

20. Mitrofanov O. Design of rectangular sandwich panels with metal skins based on post-buckling state in compression and shear // III International Conference of Young Scientists on Contemporary Problems of Materials and Constructions (24–28 August 2019, Ulan-Ude, Russian Federation). DOI: 10.1088/1757-899X/684/1/012020