Метод оценки расслоений в элементах многослойных композитных конструкций
Авторы: Белоусов И.С.
Опубликовано в выпуске: #11(155)/2024
DOI: 10.18698/2308-6033-2024-11-2401
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов
Использование в авиации многослойных композитных материалов, содержащих углеродные волокна, может существенно снизить массу конструкции летательных аппаратов. Однако одним из существенных недостатков многослойных композитов является их подверженность межслойным дефектам, или расслоениям. Пока не существует единого способа для того, чтобы определить, является ли обнаруженный межслойный дефект опасным и приведет ли он к снижению несущей способности конструкции или элемент конструкции с обнаруженным дефектом можно оставить в эксплуатации. Предложен метод, позволяющий оценить степень опасности межслойных дефектов в элементе конструкции летательного аппарата. Исследованы образцы многослойного композита в виде полосы со сквозным непроклеем и пластины с непроклеем круглой формы. Проведено параметрическое исследование влияния размеров дефекта и его расположения по толщине пакета на первую форму потери устойчивости. Рассмотрены типы укладки композитного пакета и препреги. Построены области зависимости первой формы потери устойчивости образцов от геометрических параметров дефекта, позволяющие оценить степень опасности межслойного дефекта.
EDN EUFMHI
Литература
[1] Максименко В.Н., Олегин И.П., Пустовой Н.В. Методы расчета на прочность и жесткость элементов конструкций из композитов. Новосибирск, Изд-во НГТУ, 2015, 424 с.
[2] Гришин В.И., Дзюба А.С., Дударьков Ю.И. Прочность и устойчивость элементов и соединений авиационных конструкций из композитов. Москва, Физмалит, 2013, 272 с.
[3] Rana S., Fangueiro R. Advanced composite materials for aerospace engineering: processing, properties and application. Woodhead Publishing, Elsevier, 2016, 496 p.
[4] Болотин В.В., Новичков Ю.Н. Механика многослойных конструкций. Москва, Машиностроение, 1980, 375 с.
[5] Chawla K.K. Composite materials: Science and Engineering. Springer Science + Business Media, Inc., 2019, 560 p.
[6] Валишин А.А. Концентрация микродефектов вблизи трещины разрушения в полимерах и композитах на их основе. Инженерный журнал: наука и инновации, 2015, вып. 6. DOI: 10.18698/2308-6033-2015-6-1409
[7] Качанов Л.М. Разрушение композитных материалов путем расслоения. Механика полимеров, 1976, № 5, c. 918–922.
[8] Cardenas D., Elizalolo H., Marzocca P., Abdi F., Minnetyan L., Probst O. et al. Progressive failure analysis of thin-walled composite structures. Composite structures, 2013, vol. 95, pp. 53–62.
[9] Navarro C., Vazquez J., Dominguez J. 3D vs. 2D fatigue crack initiation and propagation in notched plates. International Journal of Fatigue, 2014, vol. 58, pp. 40–46.
[10] Pascoe J.A., Alderliesten R.C., Benedictus R. On the relationship between disbond growth and the release of strain energy. Engineering Fracture Mechanics, 2015, vol. 133, pp. 1–13.
[11] Kassapoglou C. Modeling of the effect of damage in composite structures: simplified approaches. Wiley, 2015, 253 p.
[12] Greco F., Leonetti L., Lonetti P. A two-scale failure analysis of composite materials in presence of fiber/matrix crack initiation and propagation. Composite Structures, 2013, vol. 95, pp. 582–597.
[13] Викторов Е.Г. Подрастание и излом отслоений в композитах при сжатии. Механика материалов и конструкций. Москва, МЭИ, 1982, c. 36–40.
[14] Chai H., Babcock C.D. Two-dimensional modeling of compressive failure in delaminated laminates. Journal of Composite Materials, 1985, vol. 19, no. 1, pp. 67–98.
[15] Chai H., Babcock C.D., Knous W.G. One-dimensional modeling of failure in laminated plates by delamination buckling. International Journal of Solids and Structures, 1981, vol. 17, no. 11, pp. 1069–1083.
[16] Shivacumar K.N., Whitcomb J.D. Buckling of sublaminate in a quasi-isotropic composite laminate. Journal of Composite Materials, 1985, vol. 19, no. 1, pp. 2–18.
[17] Бохоева Л.А., Антохонов В.Б., Зангеев Б.И. Теоретическая оценка максимальных размеров безопасных дефектов типа отслоений. Материалы Международной научной конференции «Проблемы механики современных машин». Улан-Удэ, 2000, с. 14–15.
[18] Бохоева Л.А. Влияние дефектов типа отслоений в слоистых пластинах на величину критической нагрузки. Вестник БГУ, 2005, вып. 5, c. 243–264.
[19] Kollner A., Kashtalyan M., Guz I., Vollmecke C. On the interaction of delamination buckling and damage growth in cross-ply laminates. International Journal of Solids and Structures, 2020, vol. 202, pp. 912–928.
[20] Bottega W.J., Maewal A. Delamination buckling and growth in lamination. Journal of Applied Mechanics, Transactions ASME, 1983, vol. 50, no. 1, pp. 184–189.
[21] Wang K., Zhao L., Hong H., Gong Y., Zhang J., Ning H. An analytical model for evaluating the buckling, delamination propagation, and failure behaviors of delaminated composites under uniaxial compression. Composite Structures, 2019, vol. 223, pp. 1–9.
[22] Wang K., Zhao L., Hong H., Zhang J., Gong Y. Parameter studies and evaluation principles of delamination damage in laminated composites. Chinese Journal of Aeronautics, 2021, vol. 34 (7), pp. 62–72.
[23] Kapania R.K., Wolfe D.R. Buckling of axially loaded beam-plate with multiple delaminations. Journal of Pressure Vessel Technology, 1989, vol. 111, no. 2, pp. 151–158.
[24] Чермошенцева А.С. Разработка методики повышения прочности тонкостенных элементов конструкций из композитных материалов с дефектами типа расслоения: Дис. … канд. техн. наук. Москва, МГТУ им. Н.Э. Бау-мана, 2018, 168 с.
[25] Бохоева Л.А. Особенности расчета на прочность элементов конструкций из изотропных и композиционных материалов с допустимыми дефектами. Улан-Удэ, Изд-во ВСГТУ, 2007, 192 с.