Алгоритм расчета накопления повреждений на примере узла крепления вертолетной лопасти
Авторы: Маскайкина А.А., Дудченко А.А.
Опубликовано в выпуске: #7(115)/2021
DOI: 10.18698/2308-6033-2021-7-2093
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов
В процессе эксплуатации композиционных материалов наблюдается снижение таких основных механических свойств, как жесткость и прочность, ввиду возможного разрушения связующего в слоях. Развитие повреждений в армированном волокном композите является очень сложным процессом из-за неоднородности и анизотропии. На примере узла крепления вертолетной лопасти разработан алгоритм расчета накопления повреждений для металлокомпозитных соединений в конструкции. Исследована деградация свойств композиционного материала. Поскольку соединения являются одним из слабых звеньев в конструкциях летательных аппаратов, при проектировании соединений им следует уделять наибольшее внимание. Отказы в работе соединений могут происходить по различным причинам, например, монтажные напряжения, концентрации напряжений, технологические отклонения, которые влияют на прочность болтовых соединений. Данное исследование направлено на получение оптимального узла стыка, позволяющего обеспечить безопасную работу конструкции в течение заданного срока службы.
Литература
[1] Kashtalyan M., Soutis C. Mechanisms of internal damage and their effect on the behavior and properties of cross-ply composite laminates. Int. J. of Fracture, 2001, vol. 112, pp. L3−L8.
[2] Doan Chuck Luat, Lurie S.A., Dudchenko A.A. Modeling of degradation of the composite properties on craking and delamination when subjected to static and cyclic loading. Composites: Mechanics, Computations, Applications, An International Journal, 2010, vol. 1 (1), pp. 1–19.
[3] Советова Ю.В., Сидоренко Ю.Н., Скрипняк В.А. Многоуровневый подход к определению эффективных свойств композита с учетом повреждаемости. Физ. мезомех., 2013, т. 16, № 5, с. 59–65.
[4] Luat D.C., Lurie S.A., Dudchenko A.A. Modeling of degradation of the composite properties on cracking and delamination when subjected to static and cyclic loading, Composites: Mechanics, Computations, Applications, 2010, vol. 1 (4), pp. 315–331.
[5] Lurie S.A., Dudchenko A.A., Kadarman H. Multiscale Modeling on Damage Mechanics of Laminated Composite Materials. Proceeding of Conference on Damage in Composite Materials: Simulation and Non-Destructive Testing. Stuttgart, 2006, pp. 108–109.
[6] Doan Chuck Luat, Lurie S.A., Dudchenko A.A. Modeling of degradation of the composite properties on cracking and delamination when subjected to static and cyclic loading, Composites: Mechanics, Computations, Applications, An International Journal, 2010, vol. 1 (4), pp. 315–331.
[7] Naresh Kumar S., Srikanth K., Subbaratnam B., Jena S.P. Damage Detection in Composite Materials Using Lamb Wavemethod, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020, vol. 998 (1), art ID 012066.
[8] Wang C. Transverse crack evolution modeling of cross-ply laminates with a single layer of phantom node intra-ply elements for identically-oriented ply groups. Composite Structures, 2020, vol. 254, paper no. 112842.
[9] Forghani A., Poursartip A., Vaziri R. An orthotropic non-local approach to modeling intra-laminar damage progression in laminated composites. International Journal of Solids and Structures, 2019, vol. 180−181, pp. 160–175.
[10] Carraro P.A., Maragoni L., Quaresimin M. Characterisation and analysis of transverse crack-induced delamination in cross-ply composite laminates under fatigue loadings. International Journal of Fatigue, 2019, vol. 129, art. ID 105217.
[11] Anoshkin A.N., Pisarev P.V., Ermakov D.A. Numerical prediction of the residual life of a multilayered PCM structure. AIP Conference Proceedings, 2018, 2053, art. ID 040007.
[12] Shin G.C., Ebert L.J. Flexural failure, mechanics and global stress. Composites, 1986, vol. 17 (4), pp. 309–320.
[13] Harn H.T., Willams J.G. Compression failure mechanisms in unidirectional composites. Compos. Mater.: Test and Des. 7th Conf., Pa, 2−4 Apr., 1984. Philadelphia, Pa, 1986, pp. 115–139.
[14] Sato Norio, Kurauchi Toshio, Sato Shigeyuki, Kanuigato Osati. In situ SEM observation of fracture processes in short glass fiber reinforced thermoplastic composite. Fract. Mech. 16th Nat. Symp., Columbus, Ohio, 15-17 Aug., 1983. Philadelphia, Pa, 1985, pp. 493−503.
[15] Дудченко А.А., Лурье С.А. Моделирование процессов роста поврежденности и деградации механических свойств слоистых композитов. Москва, Изд-во МАИ, 2019, 160 с.
[16] Larionova A.A., Dudchenko A.A. Design and analysis of the strength and durability of metal composite assemblies of aircraft structures. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020, vol. 934, art. ID 012044; Advances in Composite Science and Technology (ACST 2019), 20−21 November 2019.
[17] Дудченко А.А. Расчет напряженно-деформированного состояния элементов авиационных, ракетных и машиностроительных конструкций из композиционных материалов. Москва, НПУ «Федеративная информационная система», 2013, 232 с.