Анализ устойчивости композитных подкрепленных панелей летательных аппаратов с локальными дефектами

Авторы

Казаков И. А.

Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ), ул. Жуковского, 1, Жуковский, Московская область, 140180, Россия

e-mail: normist@tsagi.ru

Аннотация

Предложен приближенный метод расчета устойчивости композитных стрингерных панелей с учетом малоразмерных дефектов. Рассмотрены варианты дефектов в виде повреждений обшивки, стрингера и отрыва стрингера от обшивки. Результаты расчетов по данному методу сравнивались с результатами, приведенными в литературе и полученными по методу конечных элементов. Проведены параметрические исследования влияния параметров стрингера и размеров зоны отрыва на устойчивость панели. 

Ключевые слова:

расчет устойчивости, композитные подкрепленные панели, упрощенные модели локальных дефектов, отрыв стрингера от обшивки

Список источников

1. Бадрухин Ю.И., Терехова Е.С. Рациональное проектирование тонкостенных несущих панелей из слоистого композита при комбинированом нагружении // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 4. С. 130–139. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=177614

2. 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

3. Белоусов И.С., Железнов Л.П., Бурнышева Т.В. Моделирование испытаний на сжатие слоистых композитов с дефектами в виде расслоения // Вестник Московского авиационного института. 2024. Т. 31. № 1. С. 93-104. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=179111

4. Беззаметнов О.Н., Митряйкин В.И., Халиулин В.И. и др. Исследование стойкости к ударным воздействиям многослойных композиционных конструкций с сотовым заполнителем // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 3. С. 111-125. DOI: 10.34759/vst-2020-3-111-125

5. Голован В.И., Дударьков Ю.И., Левченко Е.А. и др. Несущая способность панелей из композиционных материалов при наличии эксплуатационных повреждений // Труды МАИ. 2020. № 110. DOI: 10.34759/trd-2020-110-5

6. Feng Y, Zhang H, Tan X, et al. Effect of impact damage positions on the buckling and post-buckling behaviors of stiffened composite panel. Composite Structures. 2016;155:184-196. DOI: 10.1016/j.compstruct.2016.08.012

7. Grotto F, Bouvet C, Castanié B, et al. Design and Testing of Impacted Stiffened CFRP Panels under Compression with the VERTEX Test Rig. Aerospace. 2023;10(4):327. DOI: 10.3390/aerospace10040327

8. Tan R, Xu J, Guan Z, et al. Experimental study on effect of impact locations on damage formation and compression behavior of stiffened composite panels with L-shaped stiffener. Thin-Walled Structures. 2020;150:106707. DOI: 10.1016/j.tws.2020.106707

9. Sun W, Guan Z, Li Z, et al. Modelling and simulating of the compressive behavior of T-stiffened composite panel subjected to stiffener impact. Composite Structures. 2018(186):221-232. DOI: 10.1016/j.compstruct.2017.11.079

10. Yap WH, Scott ML, Thomson RS, et al. The analysis of skin-to-stiffener debonding in composite aerospace structure. Composite Structure. 2002;57(1-4):425-435. DOI: 10.1016/S0263-8223(02)00110-1

11. Zhao L, Wang K, Ding F, et al. A post-buckling compressive failure analysis framework for composite stiffened panels considering intra-, inter-laminar damage and stiffener debonding. Results in Physics. 2019(13):102205. DOI: 10.1016/j.rinp.2019.102205

12. van den Akker BPH, Donadon MV, Loendersloot R, et al. The influence of hygrothermal aging on the fatigue behavior and residual strength of post-buckled co-bonded stiffened panels subjected to compressive loading. Composites Part B: Engineering. 2020;194(3):108023. DOI: 10.1016/j.compositesb.2020.108023

13. Castro SGP, Donadon MV. Assembly of semi-analytical models to address linear buckling and vibration of stiffened composite panels with debonding defect. Composite Structures. 2017;160(4):232-247. DOI: 10.1016/j.compstruct.2016.10.026

14. Conrado da Silva D. A semi-analytical model for shear buckling analysis of stiffened composite panel with debonding defect. Thin-Walled Structures. 2022;171(1):108636. DOI: 10.1016/j.tws.2021.108636

15. Cosentino E, Weaver PM. Approximate Nonlinear Analysis Method for Debonding of Skin/Stringer Composite Assemblies. AIAA Journal. 2008;46(5):1144-1159. DOI: 10.2514/1.31914

16. Турбин Н.В., Кононов Н.О. Комплексный анализ роста ударных повреждений в композитном элементе конструкции при циклическом сжатии // Вестник Московского авиационного института. 2025. Т. 32. № 2. С. 108-117. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=184996

17. Reddy JN. Mechanics of laminated composite plates and shells. Theory and Analysis. 2nd ed. CRC Press LLC, 2003. 858 p.

18. Гарифуллин М.Ф., Казаков И.А., Киреев В.А. Приближенный метод анализа устойчивости композитных пластин с малоразмерными вырезами // Ученые записки ЦАГИ. 2024. Т. LV. № 5. С. 81–89. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=186675

19. Гарифуллин М.Ф., Казаков И.А., Киреев В.А. Приближенный метод оценки остаточной прочности композитных тонкостенных элементов конструкции ЛА при наличии низкоскоростного ударного повреждения // Вестник Московского авиационного института. 2025. Т. 32. № 4. С. 137-146. URL: https://vestnikmai.ru/ publications.php?ID=186675

20. Гарифуллин М.Ф., Казаков И.А., Киреев В.А. Применение специальных функций в расчете устойчивости многослойной балки с расслоением методом Рэлея-Ритца // Ученые записки ЦАГИ. 2026. Т. LVII. № 1. С. 74–84.