Инженерный журнал: наука и инновацииЭЛЕКТРОННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ
свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-53688 от 17 апреля 2013 г. ISSN 2308-6033. DOI 10.18698/2308-6033
  • Русский
  • Английский
Статья

Способ нагружения конструктивно-подобного образца толстостенной композитной трехпролетной стрингерной панели кессона крыла совместным действием нагрузок от сжатия и сдвига

Опубликовано: 08.09.2025

Авторы: Переломов К.А.

Опубликовано в выпуске: #9(165)/2025

DOI: 10.18698/2308-6033-2025-9-2474

Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Проектирование, конструкция, производство, испытания и эксплуатация летательных аппаратов

Предложена кинематическая схема нагружения толстостенной композитной трехпролетной стрингерной панели кессона крыла, позволяющая реализовать нужную комбинацию сжатие + сдвиг. Приведено описание нерегулярных зон, исследование которых возможно на предлагаемом стенде. Рассмотрены проблемы, которые могут возникать при нагружении конструктивно-подобного образца таких габаритов, а именно, большие значения действующих нагрузок, реализация вида нагружения, сложность создания правильных граничных условий и возникающие краевые эффекты. Данным проблемам уделено особое внимание. Численным методом в программном обеспечении AbaqusCAE проведен расчет с такими исходными данными, как геометрическая модель трехстрингерной панели кессона крыла, механические свойства композитного материала. Результат расчета показывает достижение заданной комбинации деформаций сжатия со сдвигом. Внимание также уделено сужению зачетной зоны, обусловленной краевыми эффектами. Рассматриваемое нагружение панели совместным действием нагрузок от сжатия и сдвига представляет научную новизну: проведенный анализ источников по нагружению подобных панелей показал отсутствие составляющей сдвига при нагружении, тем самым завышая несущую способность объекта испытаний. При учете сдвига удалось добиться нагружения, более близкого к реальному, а полученные на стенде результаты подобных испытаний будут полезны на более ранних этапах проектирования конструкции агрегата. Предложенная кинематическая схема обеспечивает проведение многоразового нагружения образца для сбора и систематизации экспериментальных данных по исследованию нерегулярной зоны и/или дефекта.

EDN  QAGWQP


Литература
[1] Pogosyan M. et al. Aircraft composite structures integrated approach: a review. Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2021, vol. 1925, no. 1, p. 012005.
[2] Курулюк Д.В. Развитие расчетно-экспериментальных методов отработки прочности конструкций с применением цифрового комплекса визуализации анализа результатов испытаний: Дис. … канд. техн. наук. Жуковский, 2023, 169 с.
[3] Полилов А.Н. Экспериментальная механика композитов. 2-е изд. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015, 375 с. ISBN 978-5-7038-4169-3
[4] Щербань К.С. Ресурсные испытания натурных конструкций самолетов. Москва, Физматлит, 2009, 234 с.
[5] Фейгенбаум Ю.М. [и др.]. Обеспечение прочности композитных авиационных конструкций с учетом случайных эксплуатационных ударных воздействий: монография. Москва, Техносфера, 2018, 506 с.
[6] Turbin N.V. et al. Cyclic damage quantification in composite materials using discrete damage mechanics. Composite Structures, 2024, vol. 342, p. 118271.
[7] Turbin N., Shelkov K. Analysis method for post-impact damage development in carbon fiber reinforced laminate under repeated loading. Journal of Composites Science, 2023, vol. 7, no. 5, p. 201.
[8] Turbin N. et al. Fatigue life analysis of a composite materials structure using allowable strain criteria. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, 2025, vol. 239, no. 2, pp. 123–135.
[9] Bolshikh A., Klesareva M., Nazarov E., Ustinov B. Experimental and computational investigation of stiffened composite panels with compression after impact. Research on Engineering Structures and Materials, 2024. http://dx.doi.org/10.17515/resm2024.372cs0623rs
[10] Больших А.А. Методика проектирования толстостенного композитного кессона крыла широкофюзеляжного дальнемагистрального самолета с учетом дефектов: Дис. … канд. техн. наук. Москва, 2024, 159 с.
[11] Gavva L.M., Firsanov V.V. Investigation method of the static strength of structurally-anisotropic composite panels according to a refined theory. Mechanics of Composite Materials, 2023. vol. 59, no. 2, pp. 553–568. DOI: 10.1007/s11029-023-10115-9
[12] Голован В.И. [и др.]. Несущая способность панелей из композиционных материалов при наличии эксплуатационных повреждений. Труды МАИ, 2020, № 110, c. 5. DOI: 10.34759/trd-2020-110-5
[13] Гришин В.И., Дзюба А.С., Дударьков Ю.И. Прочность и устойчивость элементов и соединений авиационных конструкций из композитов. Москва, Физматлит, 2013, 272 с.
[14] Мольков О.Р., Больших А.А., Грибцов Д.Д. расчетное исследование устойчивости композитных ортотропных панелей больших толщин с учетом деформаций поперечного сдвига при сжимающих и сдвиговых нагрузках. Авиация и космонавтика: Тезисы 22-й Международной конференции. Москва, Изд-во «Перо», 2023, т. 20, с. 39.
[15] Mitrofanov O., Shkurin M. Analytical methodology for the design of load-bearing anisotropic panels for the wing box of a light aircraft subject to geometric nonlinearity under compression. Sigma Journal of Engineering and Natural Sciences, 2024, vol. 42, no. 6, pp. 1756–1762.
[16] Mitrofanov O.V., Shkurin M.V. Evaluation of geometrically nonlinear behavior of delamination type edge anisotropic defects in compressed composite panels. AIP Conference Proceedings. AIP Publishing, 2024, vol. 3021, no. 1.
[17] Mitrofanov O. et al. Assessment of the load-bearing capacity in the supercritical behavior of composite panels with an asymmetric structure during shear, taking into account the initial loss from compression. Natural and Technical Sciences, 2019, vol. 3, no. 129, pp. 190–193.
[18] Barbero E.J. Introduction to composite materials design. CRC press, 2010.
[19] Chadha R. et al. Airframe Beam Structural Test (ABST) fixture-capabilities description and user manual. US Department of Transportation Federal Aviation Administration DOT/FAA/TC-TN19/7. 2019.
[20] Bakuckas Jr. J.G. et al. Bonded repairs of composite panels’ representative of wing structure. International Committee on Aeronautical Fatigue. Cham, Springer International Publishing, 2019, pp. 565–580.