Оценка эффективных механических характеристик слоистого алюмостеклопластика в условиях одноосного растяжения

Металлургия и материаловедение

Материаловедение

2018. Т. 25. № 2. С. 221-229.

Авторы

Антипов В. В.1*, Добрянский В. Н.2**, Короленко В. .2***, Лурье С. А.3****, Серебренникова Н. Ю.1*****, Соляев Ю. О.4******

1. Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов, Государственный научный центр Российской Федерации, ВИАМ, ул. Радио, 17, Москва, 105005, Россия
2. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4
3. Институт прикладной механики РАН, ИПРИМ РАН, Ленинский проспект, 32а, Москва, В-334, ГСП-1, 119991, Россия
4. Институт прикладной механики Российской академии наук, Ленинградский проспект, 7, Москва, 125040, Россия

*e-mail: antipovvv@viam.ru
**e-mail: dobryanskijvn@mai.ru
***e-mail: korolenko.vmir@gmail.com
****e-mail: salurie@mail.ru
*****e-mail: serebrennikova-viam@mail.ru
******e-mail: yos@iam.ras.ru

Аннотация

Представлены результаты моделирования эффективных механических характеристик слоистого композиционного материала, образованного тонкими слоями из алюминиевого сплава и стеклопластика. Для расчетов применяется модифицированная аналитическая модель слоистого материала, в которой учитывается наличие в структуре композита металлических упругопластических слоев с билинейными определяющими соотношениями. Для случая одноосного растяжения проводится послойный анализ прочности композита с учетом прогрессирующего разрушения его слоев и влияния остаточных напряжений, образующихся в процессе изготовления материала. В качестве критерия прочности для слоев из стеклопластика использован критерий Цая-Хилла. Момент начала текучести в металлических слоях определяется по критерию Мизеса. В результате расчетов определены эффективные характеристики жесткости, предел текучести и предел прочности композитов в условиях одноосного растяжения. Показано хорошее соответствие результатов расчетов и экспериментальных данных в пределах 90% точности. Выбранная технология автоклавного формования при изготовлении материала позволяет снизить влияние остаточных напряжений на уровень механических свойств композита.

Ключевые слова:

алюмостеклопластик, слоистый композит, испытания на растяжение, прогрессирующее разрушение, прогноз прочности, остаточные напряжения

Библиографический список

  1. Антипов В.В., Серебренникова Н.Ю., Сенаторова О.Г., Морозова Л.В., Лукина Н.Ф., Нефедова Ю.Н. Гибридные слоистые материалы с небольшой скоростью развития усталостной трещины // Вестник машиностроения. 2016. № 12. С. 45-49.

  2. Подживотов Н.Ю., Каблов Е.Н., Антипов В.В., Ерасов В.С., Серебренникова Н.Ю., Абдуллин М.Р., Лимонин М.В. Слоистые металло-полимерные материалы в элементах конструкции воздушных судов // Перспективные материалы. 2016. № 10. С. 5-19.

  3. Шестов В.В., Антипов В.В., Серебренникова Н.Ю., Нефедова Ю.Н. Высокопрочный слоистый материал на основе листов из алюминий-литиевого сплава // Технология легких сплавов. 2016. № 1. С. 119-123.

  4. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1 (34). С. 3-33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33

  5. Каблов Е.Н., Антипов В.В., Сенаторова О.Г., Лукина Н.Ф. Новый класс слоистых алюмостеклопластиков на основе алюминий-литиевого сплава 1441 с пониженной плотностью // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. 2011. № SP2. С. 174-183.

  6. Серебренникова Н.Ю., Антипов В.В., Сенаторова О.Г., Ерасов В.С., Каширин В.В. Гибридные слоистые материалы на базе алюминий-литиевых сплавов применительно к панелям крыла самолета // Авиационные материалы и технологии. 2016. № 3(42). С. 3-8.

  7. Sinmaz Çelik Tamer, Avcu Egemen, Bora Mustafa Özgür, Çoban Onur. A review: Fibre metal laminates, background, bonding types and applied test methods // Materials & Design. 2011. Vol. 32. No. 7, pp. 3671-3685. DOI: 10.1016/j.matdes.2011.03.011

  8. Wu G., Yang J. M. The mechanical behavior of GLARE laminates for aircraft structures // Jom. 2005. Т. 57. № 1, pp. 72-79. DOI: 10.1007/s11837-005-0067-4

  9. Morinière F.D., Alderliesten R.C., Benedictus R.  Modelling of impact damage and dynamics in fibre-metal laminates – A review // International Journal of Impact Engineering. 2014. Vol. 67, pp. 27-38. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2014.01.004

  10. Shetty B.P., Reddy S., Mishra R.K. Finite Element Analysis of an Aircraft Wing Leading Edge Made of GLARE Material for Structural Integrity // Journal of Failure Analysis and Prevention. 2017. Vol. 17. No. 5, pp. 948-954. DOI: 10.1007/s11668-017-0331-2

  11. Dandekar A.M. Finite Element Analysis of Composite Aircraft Fuselage Frame. Thesis for the degree of Master of Science in Aerospace Engineering. The University of Texas at Arlington, 2017, 57 p.

  12. Iaccarino P., Langella A., Caprino G. A simplified model to predict the tensile and shear stress-strain behavior of fibreglass/aluminium laminates // Composites Science and Technology. 2007. Vol. 67. No. 9, pp. 1784-1793. DOI: 10.1016/j.compscitech.2006.11.005

  13. Kamocka M., Zglinicki M., Mania R.J. Multi-method approach for FML mechanical properties prediction // Composites. Part B: Engineering. 2016. Vol. 91, pp. 135-143. DOI: 10.1016/j.compositesb.2016.01.014

  14. Moussavi-Torshizi S. E., Dariushi, S., Sadighi M., Safarpour P. A study on tensile properties of a novel fiber/metal laminates // Materials Science and Engineering: A. 2010. Vol. 527. No. 18-19, pp. 4920-4925. DOI: 10.1016/j.msea.2010.04.028

  15. Kawai M., Morishita M., Tomura S., Takumida K. Inelastic behavior and strength of fiber-metal hybrid composite: Glare // International Journal of Mechanical Sciences. 1998. Vol. 40. No. 2-3, pp. 183-198. DOI: 10.1016/S0020-7403(97)00048-9

  16. Wu H.F., Wu L.L., Slagter W.J., Verolme J.L. Use of rule of mixtures and metal volume fraction for mechanical property predictions of fiber-reinforced aluminum laminates // Journal of Materials Science. 1994. Vol. 29. No. 17, pp. 4583-4591. DOI: 10.1007/BF00376282

  17. Vlot A., Gunnink J.W. Fibre Metal Laminates: An Introduction. – Dordrecht, The Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 2001, 535 p. DOI 10.1007/978- 94-010-0995-9

  18. Ergün H., Liaw B.M., Delale F. Experimental-theoretical predictions of stress-strain curves of Glare fiber metal laminates // Journal of Composite Materials. 2017. Vol. 52. No. 1, pp. 109-121. DOI: 10.1177/0021998317702954

  19. Soltani P., Keikhosravy M., Oskouei R.H., et al. Studying the tensile behavior of GLARE laminates: a finite element modeling approach //Applied Composite Materials. 2011. Vol. 18. No. 4, pp. 271-282. DOI: 10.1007/s10443-010-9155-x

  20. Chen J.L., Sun C.T. Modeling of orthotropic elastic- plastic properties of ARALL laminates // Composites science and technology. 1989. Vol. 36. No. 4, pp. 321- 337. DOI: 10.1016/0266-3538(89)90045-6

  21. Васильев В.В., Протасов В.Д., Болотин В.В. и др. Композиционные материалы: Справочник / Под общ. ред. В.В. Васильева, Ю.М. Таронопольского. – М.: Машиностроение, 1990. – 512 с.

  22. Афанасьев А.В., Дудченко А.А., Рабинский Л.Н. Влияние структуры полимерного композиционного материала на остаточное напряженно-деформированное состояние // Инженерная физика. 2010. № 7. С. 13-20.

  23. Афанасьев А.В., Дудченко А.А., Нгуен Д.К., Рабинский Л.Н., Соляев Ю.О. Моделирование влияния параметров вискеризации волокон на остаточное напряженно-деформирванное состояние слоистых композитов // Механика композиционных материалов и конструкций. 2014. Т. 20. № 3. С. 333-342.

  24. Jones R.M. Mechanics of Composite Materials. – CRC Press, 1998, 538 p.

  25. Чжо А.Л., Артемьев А.В., Рабинский Л.Н., Афанасьев А.В., Семенов Н.А., Соляев Ю.О. Идентификация свойств монослоя в углепластике с наномодифицированной матрицей // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 2. С. 197-208.



Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024