Моделирование напряженно-деформированного состояния панели из полимерных композиционных материалов при действии однократной ударной нагрузки и оценка областей появления дефектов

Авиационная и ракетно-космическая техника

2025. Т. 32. № 1. С. 112-123.

Авторы

Вай Я. У.*, Михайловский К. В.**

ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана», 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, с. 1

*e-mail: waiyanoo6977@gmail.com
**e-mail: mikhaylovskiy@bmstu.ru

Аннотация

Рассматривается моделирование напряженно-деформированного состояния панели крыла из полимерных композиционных материалов (ПКМ) при однократных ударных нагрузках с анализом областей появления дефектов. Изучены нештатные условия эксплуатации крыла спортивного самолета из ПКМ вследствие соударения с птицами. В работе определены нагрузки, действующие на элементы крыла – панели из ПКМ с разными схемами армирования при различных расчетных скоростях удара от столкновения с птицей. Показаны преимущества и недостатки различных типов ПКМ и схем армирования. В результате проведенных исследований определены возможные области появления дефектов, трещин в элементах крыла при ударном воздействии. Установлено, что при скоростях удара птицей более 50 м/с возможно локальное разрушение панелей из ПКМ в составе крыла спортивного самолета. 

Ключевые слова:

прочность конструкций крыла, моделирование ударных нагрузок, столкновение с птицами, углепластик, стеклопластик, схема армирования, полимерные композиционные материалы

Библиографический список

  1. Михайловский К.В., Барановски С.В. Методика проектирования геометрического облика крыла из полимерных композиционных материалов. Механика и математическое моделирование в технике: Сб. тезисов Всероссийской научно-технической конференции (01–31 января 2016 г.). М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. С. 319–322.
  2. Житомирский Г.И. Конструкция самолетов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2005. 406 с.
  3. Кондрашов С.В., Шашкеев К.А., Петрова Г.Н. и др. Полимерные композиционные материалы конструкционного назначения с функциональными свойствами // Авиационные материалы и технологии. 2017. № S. С. 405–419. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-405-419
  4. Ендогур А.И., Кравцов В.А. Идеология проектирования авиационных конструкций из полимерных композиционных материалов // Труды МАИ. 2015. № 81. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=57755
  5. Фейгенбаум Ю.М., Дубинский С.В., Божевалов Д.Г. и др. Обеспечение прочности композитных авиационных конструкций с учетом случайных эксплуатационных ударных воздействий. М.: Техносфера, 2018. 505 с.
  6. Wildlife strike analyses 2008–2015 (IBIS). International Civil Aviation Organization, 2017. URL: https://www.icao.int
  7. Ле В.Т. Численное моделирование ударных повреждений льдом композитных панелей самолета // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 4. С. 120–129. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=177613
  8. Чукин М.В., Полякова М.А., Барышников М.П. Композиционные материалы. Материаловедение композиционных материалов. Магнитогорск: МГТУ, 2008. 219 с.
  9. Митряйкин В.И., Беззаметнов О.Н., Кротова Е.В. Исследование прочности композиционных материалов с ударными повреждениями // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2020. № 3. С. 27–33.
  10. Карташова Е.Д., Муйземнек А.Ю. Технологические дефекты полимерных слоистых композиционных материалов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. 2017. № 2(42). С. 79–89. DOI: 10.21685/2072-3059-2017-2-7
  11. Тулупова А.Н., 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
  12. Погосян М.А. (ред.). Проектирование самолетов. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Инновационное машиностроение, 2018. 864 с.
  13. Беззаметнов О.Н., Митряйкин В.И., Халиулин В.И. и др. Оценка влияния ударных повреждений на прочность интегральных панелей из полимерных композиционных материалов при сжатии // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 4. С. 78–91. DOI: 10.34759/vst-2021-4-78-91
  14. Максименко В.Н., Олегин И.П., Пустовой Н.В. Методы расчета на прочность и жесткость элементов конструкций из композитов: Учеб. пособие. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2015. 424 с.
  15. Чепурных И.В. Прочность конструкций летательных аппаратов. Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ, 2013. 137 с.
  16. Lavoie M.-A., Gakwaya A., Richard M.J. et al. Numerical and experimental modeling for bird and hail impacts on aircraft structure // In: Proulx T. (ed) Structural Dynamics. Vol. 3. Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series. New York: Springer, 2021, pp. 1403–1410. DOI: 10.1007/978-1-4419-9834-7_123
  17. Вшивков С.А., Тюкова И.С., Русинова Е.В. Полимерные композиционные материалы: Учеб. пособие. Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 2022. 230 с.
  18. Голдовский А.А., Фирсанов В.В. Алгоритмы исследования ударного взаимодействия элементов авиационных конструкций // Труды МАИ. 2020. № 111. DOI: 10.34759/trd-2020-111-6
  19. Мирзакабилов Н.Х., Аширбаев Н.Х. Моделирование поведения композитных материалов в плитах при различных типах нагрузок // Universum: технические науки. 2024. Т. 11. № 128. URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/18761
  20. 20    Грушецкий И.В., Димитриенко И.П., Ермоленко А.Ф. и др. Разрушение конструкций из композиционных материалов. Рига: Зинатне, 1986. 264 с.
  21. Langrand B., Bayart A.S., Chauveau Y. et al. Assessment of multi-physics FE methods for bird strike modelling— application to a metallic riveted airframe // International Journal of Crashworthiness. 2002. Vol. 7. No. 4, pp. 415–428. DOI: 10.1533/cras.2002.0227
  22. Дудченко А.А. Расчет напряженно-деформированного состояния элементов авиационных, ракетных и машиностроительных конструкций из композиционных материалов. М.: Федеративная информационная система, 2013. 232 с.
  23. Cantwell W.J., Morton J. The impact resistance of composite materials — a review // Composites. 1991. Vol. 22. No. 5, pp. 347–362. DOI: 10.1016/0010-4361(91)90549-v
  24. Soutis C., Turkmen D. Influence of shear properties and fibre imperfections on the compressive behaviour of GFRP laminates // Applied Composite Materials. 1996. Vol. 2, pp. 327–338. DOI: 10.1007/BF00564572
  25. Davies G.A.O., Olsson R. Impact on Composite Structures // The Aeronautical Journal. 2004. Vol. 108. No. 1089, pp. 541–563. DOI: 10.1017/S0001924000000385

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2025