Стр. 1 - Б.С. Сарбаев, Ю.Ю. Ширшов, К.П. Баслык - Расчет напряженно-деформированного состояния прямоугольной пластины из углерод-карбидного композита

УДК 629.76

Б. С. С а р б а е в, Ю. Ю. Ш и р ш о в,

К. П. Б а с л ы к

РАСЧЕТ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО

СОСТОЯНИЯ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ПЛАСТИНЫ

ИЗ УГЛЕРОД-КАРБИДНОГО КОМПОЗИТА

Приведен расчет напряженно-деформированного состояния тон-

кой пластины из слоистого углерод-карбидного композиционного

материала с ортогональным 2D армированием, позволяющий до-

статочно быстро предсказать механизм разрушения и рассчитать

разрушающую нагрузку. Предложен вариант аналитического реше-

ния задачи. Показано, что решение, найденное с помощью метода

конечных элементов, хорошо согласуется с аналитическим реше-

нием. Рассмотрен численный пример. Отмечено, что вследствие

низкой прочности углерод-карбидного композита на межслойный

сдвиг для тонкостенной пластины возможен механизм разруше-

ния, обусловленный расслоением.

E-mail:

bssarbayer@mail.ru

Ключевые слова

:

углерод-карбидный композиционный материал, тонкая

пластина, напряженно-деформированное состояние, прочность, меж-

слойный сдвиг, разрушение.

В тонкостенных элементах конструкций современных летательных

аппаратов, испытывающих значительные тепловые и механические

нагрузки, применяются углерод-карбидные композиционные матери-

алы (УККМ). Как правило, они имеют слоистую структуру с орто-

гональным 2D армированием. В качестве наполнителя используется

углеродная ткань, уложенная в несколько слоев. Слои соединены ред-

кой поперечной прошивкой. В результате сложной термической обра-

ботки наполнителя, первоначально пропитанного полимерным связу-

ющим, получается карбидная матрица [1]. Особенностью УККМ явля-

ется то, что теплофизические и физико-механические характеристики

позволяют рассматривать его и как функциональный материал, обес-

печивающий теплозащиту конструкции, и как конструкционный, спо-

собный выдерживать сравнительно высокие силовые нагрузки. Имен-

но эти качества способствовали применению УККМ в современных

высокоскоростных летательных аппаратах, перемещающихся в усло-

виях земной атмосферы.

Рассматривая слоистый УККМ как конструкционный материал,

следует отметить, что ему присуща анизотропия свойств, а также

низкая жесткость и прочность при поперечном нагружении и меж-

слойном сдвиге. При испытаниях и эксплуатации это может вызвать

разрушение, обусловленное расслоением, даже сравнительно тонких

конструктивных элементов. В связи с этим повышенные требования

ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012

101