Проектный анализ подкрепленной композитной оболочки
Опубликовано: 25.09.2023
Авторы: Егоров А.В., Егоров В.Н.
Опубликовано в выпуске: #9(141)/2023
DOI: 10.18698/2308-6033-2023-9-2302
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов
Дана постановка задачи проектировочного расчета подкрепленной композитной оболочки как связанной задачи двух оболочек — слоистой и сетчатой (ребристой). Слоистая оболочка образована одним двойным спиральным монослоем, сетчатая оболочка набрана из продольных и поперечных ребер. Основу континуальной модели подкрепленной оболочки составляет матрица жесткости, равная сумме матриц жесткости квазиоднородных слоистой и ребристой оболочек, которые жестко связаны между собой и деформируются без проскальзывания. Распределение внешней осевой нагрузки между двумя оболочками производится из условий статики. Толщины оболочек определяются из условия прочности. Угол намотки слоистой обшивки находится путем итераций с достижением функции цели, например, минимальной массы конструкции. Поиск поперечных размеров ребер осуществляется из условия прочности с предварительным заданием одного из параметров ребер. Полученные соотношения позволяют определять напряженно-деформированное состояние подкрепленных композитных оболочек цилиндрической формы.
Литература
[1] Азаров А.В. Расчет и оптимизация интегральных сетчатых композитных конструкций космических аппаратов. Дис. … д-ра техн. наук. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2022. 357 с.
[2] Васильев В.В., Никитюк В.А., Разин А.Ф., Федоров В.В. О влиянии углов ориентации спиральных ребер на перемещения конической и цилиндрической сетчатых оболочек. Вопросы оборонной техники. Сер. 15. Композитные неметаллические материалы в машиностроении, 2012, вып. 1 (164)–2 (165), с. 3–12.
[3] Шатов А.В. Моделирование деформативности композитных сетчатых цилиндрических корпусов космических аппаратов. Дис. … канд. физ.-мат. наук. Томск, 2016, 147 с.
[4] Бурнышева Т.В. Разработка и применение методологии вычислительного эксперимента при расчете и диагностике анизогридных конструкций космических летательных аппаратов. Дис. … д-ра техн. наук. Новокузнецк, 2017, 451 с.
[5] Кондаков И.О. Исследования статической и ударной прочности сетчатых композитных конструкций фюзеляжа. Дис. … канд. техн. наук. Жуковский, 2020, 138 с.
[6] Самипур С.А. Проектирование и технология изготовления сетчатых конструкций летательных аппаратов с плетеной системой армирования. Дис. … канд. техн. наук. Казань, 2018, 134 с.
[7] Lopatin A.V., Morozov E.V., Shatov A.V. An analytical expression for fundamental frequency of the composite lattice cylindrical shell with clamped edge. Composite Structures, 2016, vol. 141, рр. 232–239. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.01.053
[8] Taghavian H., Bassaki S. Analysis of composite rim. Journal of Automotive and Applied Mechanics, 2013, vol. 1, issue 1, 10 p.
[9] Zheng Q., Ju S., Jiang D. Anisotropic mechanical properties of diamond lattice composites structures. Composite Structures, 2014, vol. 109 (1), pp. 23–30. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2013.10.053
[10] Yazdani S., Rahimi G.H. Experimental and numerical stress analysis of glass fiber-reinforced polymer (GFRP)-stiffened shells with cutout under axial loading. Scientific Research and Essays, 2013, vol. 8 (21), pp. 902–916.
[11] Лопатин А.В., Хахленкова А.А. Конечно-элементное моделирование сетчатого композитного соединительного отсека космического аппарата. Известия Российской академии наук. Механика твердого тела, 2018, № 4, с. 94–99. DOI: 10.31857/S057232990000709-9
[12] Weber M.J., Middendorf P. Semi-analytical skin buckling of curved orthotropic grid-stiffened shells. Composite structures, 2014, no. 108, pp. 616–624. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2013.09.031
[13] Xu Y., Yan T., Liu M., Suman B. A new effective smeared stiffener method for global buckling analysis of grid stiffened composite panels. Composite structures, 2016, vol. 158, pp. 83–91. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.09.015
[14] Ghahfarokhi D.S., Rahemi G. An analytical approach for global buckling of composite sandwich cylindrical shells with lattice cores. International Journal of Solids and Structures, 2018, vol. 146, pp. 69–79. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2018.03.021
[15] Han Y., Wang P., Fan H., Sun F., Chen L., Fang D. Free vibration of CFRC lattice-core sandwich cylinder with attaсhed mass. Composite Science and Technology, 2015, vol. 118, рр. 226–235. DOI: 10.1016/j.compscitech.2015.09.007
[16] Zhang B., Jin F., Zhao Z., Zhou Z., Xu Y., Chen H., Fan H. Hierarchical anisogrid stiffened composite panel subjected to blast loading: Equivalent theory. Composite structures, 2018, vol. 187, pp. 259–268. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.12.059
[17] Lopatin A.V., Morozov E.V., Shatov A.V. Axial vibrations of a composite anisogrid lattice cylindrical shell with end masses. Composite structures, 2017, vol. 176, pp. 1143–1151. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.06.001
[18] Разин А.Ф., Склезнев А.А. Зависимость несущей способности анизогридных композитных структур от геометрии ребер. Вопросы оборонной техники. Сер. 15. Композитные неметаллические материалы в машиностроении, 2018, вып. 185, с. 3–5.
[19] Alashti R.A., Latifi Rostami S.A., Rahimi G.H. Buckling analysis of composite lattice cylindrical shells with ribs defects. Int. Journal of Engineering, 2013, vol. 26, no. 4, рр. 411–420. DOI: 10.5829/idosi.ije.2013.26.04a.10
[20] Zheng Q., Jiang D., Huang C., Shang X., Ju S. Analysis of failure loads and optimal design of composite lattice cylinder under axial compression. Composite Structures, 2015, vol. 131, рр. 885–894. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2015.06.047
[21] Belardi V.G., Fanelli P., Vivio F. Design, analysis and optimization of anisogrid composite lattice conical shells. Composites Part B: Engineering, 2018, no. 150, рр. 184–195. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.05.036
[22] Chen L., Zhang J., Du B., Zhou H. [et al.] Dynamic crushing behavior and energy absorption of graded lattice cylindrical structure under axial impact load. Thin-Walled Structures, 2018, no. 127, рр. 333–343. https://doi.org/10.1016/j.tws.2017.10.048
[23] Moeinifard M., Liaghat G., Rahimi G., Talezadehlari A., Hadavinia H. Experimental investigation on the energy absorption and contact force of unstiffened and grid-stiffened composite cylindrical shells under lateral compression. Composite Structures, 2016, no. 152, рр. 626–636. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.05.067
[24] Kim Y., Kim I., Park J. An approximate formulation for the progressive failure analysis of a composite lattice cylindrical panel in aerospace applications. Aerospace Science and Technology, 2020, vol. 106, 106212. DOI: 10.1016/j.ast.2020.106212
[25] Li M., Lai C., Zheng Q., Fan H. Multi-failure analysis of carbon fiber reinforced anisogrid lattice cylinders. Aerospace Science and Technology, 2020, vol. 100, pp. 1–14. https://doi.org/10.1016/j.ast.2020.105777
[26] Усюкин В.И Строительная механика конструкций космической техники. Москва, Машиностроение, 1988, 392 с.
[27] Сарбаев Б.С. Расчет силовой оболочки композитного баллона давления. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001, 96 с.