Нелинейное деформирование и устойчивость отсека фюзеляжа летного демонстратора комплекса технологий сверхзвукового гражданского самолета

Проектирование элементов летательных аппаратов из полимерных композиционных материалов


Авторы

Железнов Л. П.*, Лазненко А. С.**, Смирнов Д. Н.***

Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С. А. Чаплыгина, 630051, Россия, г. Новосибирск-51, ул. Ползунова, 21

*e-mail: zgeleznov@sibnia.ru
**e-mail: laznenko.a@sibnia.ru
***e-mail: smirnovd@sibnia.ru

Аннотация

Исследована устойчивость анизогридной круговой цилиндрической оболочки, прототипа отсека фюзеляжа летного демонстратора комплекса технологий сверхзвукового гражданского самолета, выполненного из композиционного материала. Результаты исследований прочности и устойчивости отсека получены на основе разработанной авторами методики, реализующей методы конечных элементов и линеаризации Ньютона–Канторовича для решения задач прочности и устойчивости дискретно-подкрепленных цилиндрических оболочек с учетом моментности и нелинейности их докритического напряженно-деформированного состояния. Выяснено влияние нелинейности деформирования, жесткости подкрепляющего набора, углов укладки подкреплений и толщины оболочки на устойчивость анизогридной композитной оболочки при неоднородном напряженно-деформированном состоянии.

Ключевые слова:

отсек фюзеляжа самолета, сверхзвуковой пассажирский самолет, нелинейное исходное НДС, метод конечных элементов, анизогридные композитные оболочки, неоднородное нагружение

Список источников

  1. Vasiliev VV, Morozov EV. Advanced Mechanics of Composite Materials and Structures. 4th ed. Amsterdam: Elsevier; 2018. 882 p.

  2. Васильев В.В. Механика конструкций из композитных материалов. М.: Машиностроение, 1988. 272 с.

  3. Васильев В.В., Разин А.Ф., Азаров А.В. Композитные сетчатые конструкции - проектирование, расчет и изготовление. М.: Инновационное машиностроение, 2023. 487 с.

  4. Васильев В.В., Бунаков В.А. Проектирование сетчатых композитных цилиндрических оболочек, сжатых в осевом направлении // Механика конструкций из композиционных материалов. 2000. №2. С. 68–77.

  5. Шаныгин А.Н., Зиченков М.Ч., Дубовиков Е.А. и др. Проблемы и перспективы использования полимерных композиционных материалов в силовых конструкциях планера // Полимерные композиционные материалы для авиакосмической отрасли: сборник трудов Всероссийской научно-технической конференции (06 декабря 2019; Москва). М.: Изд-во ВНИИАМ НИЦ «Курчатовский институт», 2019. С. 6–22.

  6. Бабичев А.А., Васильев В.В., Разин А.Ф. и др. Исследование сопротивления композитных сетчатых конструкций ударному повреждению // Конструкции из композиционных материалов. 2021. № 3 (163). С. 3–6. DOI: 10.52190/2073-2562_2021_3_3

  7. Склезнев А.А., Бабичев А.А. К вопросу расчета жесткостных характеристик сетчатых композитных конструкций с металлическими обшивками // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 2. С. 220-227. DOI: 10.34759/vst-2022-2-220-227

  8. Левченков М.Д., Дубовиков Е.А., Миргородский Ю.С. и др. Весовая эффективность сетчатой конструкции с нерегулярной структурой для отсека фюзеляжа пассажирского самолета // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 4. С. 98–108. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=177611

  9. Акулин П.В., Гаврилов Г.А. Влияние структуры многослойного композиционного материала на деградацию жесткостных характеристик конструкции летательного аппарата // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 3. С. 78-84. URL: https//vestnikmai.ru/publications.php?ID=176883

  10. Левченков М.Д., Дубовиков Е.А., Кондаков И.О. и др. Исследование прочности реберного отсека фюзеляжа с нерегулярной структурой сетки // Ученые записки ЦАГИ. 2022. Т. 53. № 6. С. 131–141.

  11. Тимошенко С.П. Устойчивость стержней, пластин и оболочек. Избранные работы / Под ред. Э.И. Григолюка. М.: Наука, 1971. 808 с.

  12. Кабанов В.В. Устойчивость неоднородных цилиндрических оболочек. М.: Машиностроение, 1982. 256 с.

  13. Вольмир А.С. Нелинейная динамика пластинок и оболочек. М.: Наука, 1972. 432 с.

  14. Кармишин А.В., Лясковец В.А., Мяченков В.И. и др. Статика и динамика тонкостенных оболочечных конструкций. М.: Машиностроение, 1975. 375 с.

  15. Belytschko T, Liu WK, Moran B, et al. Nonlinear finite elements for continua and structures. 2nd ed. New York: John Wiley & Sons; 2013. 835 p.

  16. Zienkievicz OC, Taylor RL. The finite element method. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2000. Vol. 1 – 689 p. Vol. 2 – 459 p.

  17. Ванин Г.А., Семенюк Н.П., Емельянов Р.Ф. Устойчивость оболочек из армированных материалов. Киев.: Наукова Думка, 1978. 211 с.

  18. Бакулин В.Н., Виноградов Ю.И. Аналитическое и асимптотическое решение краевых задач механики деформирования оболочек при сосредоточенном нагружении // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2017. № 1. С. 14–20.

  19. Houliara S, Karamanos SA. Stability of long transversely-isotropic elastic cylindrical shells under bending. International Journal of Solids and Structures. 2010;47(1):10–24.

  20. Hutchinson JW, Koiter WT. Postbuckling theory. Applied Mechanics Reviews. 1970;23:1353–1366.

  21. Митрофанов О.В., Торопылина Е.Ю. Определение толщин ортотропных панелей кессона крыла при закритическом состоянии с учетом мембранных и изгибных напряжений // Вестник Московского авиационного института. 2024. Т. 31. № 1. С. 82-92. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=179110

  22. Дмитриев В.Г., Бирюков В.И., Егорова О.В. и др. Нелинейное деформирование многослойных композитных оболочек вращения при больших перемещениях и углах поворота нормали // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2017. № 2. С. 8–15.

  23. Железнов Л.П., Кабанов В.В. Исследование нелинейного деформирования и устойчивости некруговых цилиндрических оболочек при осевом сжатии и внутреннем давлении // Прикладная механика и техническая физика. 2002. Т. 43. № 4. С. 155–160.

  24. Коробейников С.Н. Геометрически нелинейный анализ двухмерных упругих тел // Динамика сплошной среды: Сборник научных трудов. Новосибирск: ИГиЛ СО АН СССР, 1987. Вып. 80. С. 82–89.

  25. Железнов Л.П. Программа для расчета на прочность и устойчивость подкрепленных некруговых цилиндрических оболочек. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ RU2013615613, 17.06.2013.

  26. Кабанов В.В., Железнов Л.П. К расчету цилиндрической оболочки методом конечных элементов // Прикладная механика. 1985. Т. 21. № 9. C. 35–38.

  27. Железнов Л.П., Кабанов В.В., Бойко Д.В. Нелинейное деформирование и устойчивость дискретно-подкрепленных овальных цилиндрических композитных оболочек при поперечном изгибе и внутреннем давлении // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2014. № 6. С. 23–30.

  28. 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.

  29. Постнов В.А., Хархурим И.Я. Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций. Л.: Судостроение, 1974. 341 с.

  30. Канторович Л.В., Акилов Г.П. Функциональный анализ в нормированных пространствах. М.: Физматгиз, 1959. 684 с.

  31. Уилкинсон Д., Райнш К. Справочник алгоритмов на языке Алгол. Линейная алгебра / Пер. с англ. С.П. Забродина и др.; Под ред. д.т.н. проф. Ю.И. Топчеева. М.: Машиностроение, 1976. 390 с.

  32. Максименко В.Н., Олегин И.П. Теоретические основы методов расчета прочности элементов конструкций из композитов. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. 240 с.

  33. Васильев В.В., Барынин В.А., Разин А.Ф. и др. Анизогридные композитные сетчатые конструкции — разработка и приложение к космической технике // Композиты и наноструктуры. 2009. №3. С. 38–50.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2026