Определение толщин ортотропных панелей кессона крыла при закритическом состоянии с учётом мембранных и изгибных напряжений

Авиационная и ракетно-космическая техника


Авторы

Митрофанов О. В.*, Торопылина Е. Ю.**

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: MitrofanovOV@mai.ru
**e-mail: toropylina.ekaterina@yandex.ru

Аннотация

Для композитных панелей с учетом допустимого закритического поведения предложена общая методика (алгоритм) определения минимальных толщин при условии обеспечения критериев статической прочности. Учитываются мембранные и изгибные напряжения, возникающие при потере устойчивости и начальном этапе геометрически нелинейного поведения панелей. В этом случае рассматриваемые панели следует классифицировать как панели средней толщины. Показано, что в общем случае методика определения минимальных толщин при проектировании плоских композитных панелей сводится к минимизации функции одной переменной с учетом исследований по двум параметрам, которые являются координатами х и у точек в плоскости панели. Для гладких плоских ортотропных панелей при шарнирном опирании рассмотрены прикладные методики (алгоритмы) определения минимальных толщин с учетом возможного закритического поведения при нагружении сжимающими и касательными потоками, а также комбинированными нагрузками.

Ключевые слова:

закритическое поведение, ортотропный материал, мембранные напряжения, изгибные напряжения, прямоугольные панели

Библиографический список

  1. Ni X., Prusty G., Hellier A. Buckling and post-buckling of isotropic and composite stiffened panels: A review on optimisation (2000-2015) // International Journal of Maritime Engineering. 2016. Vol. 158. No. A3, pp. A-251 – A-268. DOI: 10.5750/ijme.v158iA3.994
  2. Барановски С.В., Я Л.З. Оптимизация конструкции киля из полимерных композиционных материалов за счет применения биоподобных конструктивно-силовых схем // Научный вестник МГТУ ГА. 2023. Т. 26. № 2. С. 37–48. DOI: 10.26467/2079-0619-2023-26-2-37-48
  3. Барановски С.В., Михайловский К.В. Оптимизация основных геометрических характеристик силовых элементов крыла из полимерных композиционных материалов // Ученые записки ЦАГИ. 2019. Т. 50. № 3. С. 87–99. 
  4. Pogosyan M., Nazarov E., Bolshikh A. et al. Aircraft composite structures integrated approach: a review // Journal of Physics: Conference Series. Vol. 1925. 19th International Conference “Aviation and Cosmonautics” (23-27 November 2020; Moscow, Russia). DOI: 10.1088/1742-6596/1925/1/012005
  5. Шевченко М.О., Пасичная М.М. Разработка конструкции планера современного самолета для осуществления сельскохозяйственных работ // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 3. С. 103–110. DOI: 10.34759/vst-2020-3-103-110
  6. 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
  7. Гавва Л.М. Параметрический анализ в операционной среде MATLAB напряженно-деформированного состояния конструктивно-анизотропных панелей из композиционных материалов с учетом технологии изготовления // Труды МАИ. 2017. № 93. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=80504
  8. Рябов А.А., Маслов Е.Е., Стрелец Д.Ю., Слободчиков В.Г. Численный анализ несущей способности подкрепленной композитной панели с ударным повреждением // Проблемы прочности и пластичности. 2018. Т. 80. № 1. С. 90–97. DOI: 10.32326/1814-9146-2018-80-1-90-97 
  9. Голован В.И., Дударьков Ю.И., Левченко Е.А., Лимонин М.В. Несущая способность панелей из композиционных материалов при наличии эксплуатационных повреждений // Труды МАИ. 2020. № 110. DOI: 10.34759/trd-2020-110-5
  10. Железнов Л.П. Нелинейное деформирование и устойчивость композитной цилиндрической оболочки при комбинированном нагружении крутящим и изгибающим моментами // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2022. № 4. С. 44–50.
  11. Железнов Л.П., Серьезнов А.Н. Нелинейное деформирование и устойчивость подкрепленной композитной цилиндрической оболочки при осевом сжатии // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. 2022. № 2. С. 40–48. 
  12. Дудченко А.А., Лурье С.А. Моделирование процессов роста поврежденности и деградации механических свойств слоистых композитов. – М.: Изд-во МАИ, 2019. – 160 с. 
  13. Masood S., Viswamurthy Sr., Kotresh G. Composites Airframe Panel Design for Post-buckling- An Experimental Investigation // Composite Structures. 2020. Vol. 241. DOI: 10.1016/j.compstruct.2020.112104
  14. Masood S.N., Gaddikeri K.M., Viswamurthy S.R. Experimental and finite element numerical studies on the post-buckling behavior of composite stiffened panels // Mechanics of Advanced Materials and Structures. 2019. Vol. 28. No. 16, pp. 1677-1690. DOI: 10.1080/15376494.2019.1701151
  15. Grotto F., Bouvet C., Castanié B., Serra J. Design and Testing of Impacted Stiffened CFRP Panels under Compression with the VERTEX Test Rig // Aerospace. 2023. Vol. 10. No. 4: 327. DOI: 10.3390/aerospace10040327
  16. Kootte L. A methodology to reproduce postbuckling in composite panels to study skin stringer separation. PhD_Tesis. Delft University of Technology, 2023. DOI: 10.4233/uuid:cfccc1dc-df8a-4a49-8c1a-c2ebad7a1867
  17. Yue N., Broer A., Briand W. et al. Assessing stiffness degradation of stiffened composite panels in post-buckling compression-compression fatigue using guided waves // Composite Structures. 2022. Vol. 293. DOI: 10.1016/j.compstruct.2022.115751
  18. Dávila C.G., Leone F.A., Rose C.A., Johnston W. Initiation and Propagation of Skin/Stiffener Separation in Postbuckled Structures Subjected to Cyclic Loads // AIAA Scitech Forum (11–15 & 19–21 January 2021; Virtual event).  DOI: 10.2514/6.2021-0573
  19. Митрофанов О.В. Прикладные методы проектирования несущих панелей из композитных материалов. – М.: Компания Спутник+, 2003. – 239 с. 
  20. Митрофанов О. В. Прикладные геометрически нелинейные задачи при проектировании и расчетах композитных авиационных конструкций. – М.: Изд-во МАИ, 2022. – 164 с. 
  21. Mitrofanov O., Osman M. Designing of Smooth Composite Panels Providing Stability and Strength at Postbuckling Behavior // Mechanics of Composite Materials. 2022. Vol. 58. No. 1, pp. 15-30. DOI 10.1007/s11029-022-10008-3

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024