Деформирование слоистых композитных пластин при низкоскоростном контакте с жестким индентором
Авторы: Ле В.Т.
Опубликовано в выпуске: #10(142)/2023
DOI: 10.18698/2308-6033-2023-10-2312
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов
Расчетная конечно-элементная модель контакта стальной сферы с композитной пластиной, разработанная в программном комплексе ANSYS, включает геометрическое описание контакта, управление материалами, формирование расчетной сетки с помощью конечных элементов SOLID186 и SOLID187, модель контакта «поверхность — поверхность» с применением элементов контакта CONTA174 и TARGET170. Рассмотрено влияние радиуса жесткой сферы на структуру тканевого композита, выявлены области его локального разрушения. Представлено хорошее согласование результатов численного расчета и натурных исследований контакта жесткого индентора разного радиуса и стеклотекстолита. Приведены значения коэффициентов запаса прочности по четырем критериям. Показано, что разработанная модель контакта индентора и композитной пластины позволила получить поля напряжений в углепластиковом композитном материале с укладкой слоев [45°, –45°]n и [45°, 90°, –45°, 0°]n. Проведен анализ разрушений в слоях по результатам численных расчетов с использованием различных критериев напряжения. Сделан вывод, что углеродный композит имеет больше разрушенных слоев из-за низкой прочности в поперечном направлении и что зона разрушения в углеродном композите больше, чем в стекловолоконном, а схема [45°, –45°]n имеет меньшую область разрушения, чем область с [45°, 90°, –45°, 0°]n.
Литература
[1] Братухин А.Г., Сироткин О.С., Сабодаж П.Ф., Егоров В.Н. Материалы будущего и их удивительные свойства. Москва, Машиностроение, 1995, 128 c.
[2] Васильев В.В. Механика конструкций из композиционных материалов. Москва, Машиностроение, 1998, 264 c.
[3] Кабаков В.В. Композитные материалы в авиастроении. Наука и Бизнес: пути развития, 2019, № 8, с. 10–14.
[4] Нирусин Р.В., Золкин А.Л., Семенов Е.Д. Перспективы развития полимерных и композиционных материалов в самолетостроении. Техника и технология современных производств: Сборник статей II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Пенза, 2021, с. 161–165.
[5] Барсуков Г.В., Журавлева Т.А., Исследование влияния технологических режимов гидроабразивного резания на расслоение поверхности деталей из стеклотекстолита. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии, 2013, № 4, с. 47–55.
[6] Барсуков Г.В., Журавлева Т.А. Разработка специальных технологических приемов, обеспечивающих исключение влияния расслоений на качество деталей из стеклотекстолита при гидроабразивной резке. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии, 2014, № 3, с. 76–85.
[7] Pavelko I., Kuznecov S., Smolyaninov M. Research of the contact strength of composite materials. Sci. Proc. VIII Int. Congr. “Machines, Technolоgies, Mater.”, 2011, no. 2, pp. 164–166.
[8] Kallagunta H., Tate J.S. Low-velocity impact behavior of glass fiber epoxy composites modified with nanoceramic particles. J. Compos. Mater., 2019, no. 54, pp. 2217–2228. DOI: 10.1177/0021998319893435
[9] Ерасов В.С., Крылов В.Д., Панин С.В., Гончаров А.А. Испытания полимерного композиционного материала на удар падающим грузом. Авиационные материалы и технологии, 2013, № 3, с. 60–64.
[10] Voronov L., Coles L., Nikhamkin M., Silbershmidt V., Semenov S., Bolotov B. Experimental study of impact damage of carbon-epoxy plastic for aviation structures. Perm Natl. Res. Polytech. Univ. Aerosp. Eng. Bull., 2018, no. 54, pp. 5–16. DOI: 10.15593/2224-9982/2018.54.01
[11] Карпов Е.В. Повреждение многослойного тканого композита низко-скоростным вдавливанием жесткого сферического индентора. Доклады Академии наук, 2018, № 3, с. 287–292. DOI: 10.7868/S0869565218030088
[12] Карпов Е.В., Демешкин А.Г. Деформирование и разрушение стекло-текстолита, содержащего металлические слои. Прикладная механика и техническая физика, 2018, № 59, с. 141–148. DOI: 10.15372/PMTF20180417
[13] Максименко В.Н., Олегин И.П., Пустовой Н.В. Методы расчета на прочность и жесткость элементов конструкций из композитов. Новосибирск, Изд-во НГТУ, 2015, 423 c.
[14] Гришин В.И., Дзюба А.С., Дударьков Ю. Прочность и устойчивость элементов и соединений авиационных конструкций из композитов. Москва, Физматлит, 2013, 272 c.
[15] Meola C., Boccardi S., Carlomagno G.M., Composite Materials in the Aeronautical Industry. Infrared Thermography in the Evaluation of Aerospace Composite Materials, Elsevier, 2017, с. 1–24. DOI: 10.1016/B978-1-78242-171-9.00001-2