Оценка геометрически нелинейного поведения коротких поверхностных дефектов анизотропной структуры в композитных панелях при сжатии
Авторы: Митрофанов О.В., Шкурин М.В., Дудченко А.А.
Опубликовано в выпуске: #4(148)/2024
DOI: 10.18698/2308-6033-2024-4-2353
Раздел: Металлургия и материаловедение | Рубрика: Порошковая металлургия и композиционные материалы
Представлена задача определения напряженно-деформированного состояния при закритическом поведении коротких поверхностных дефектов типа расслоений анизотропной структуры в гладких композитных панелях при сжатии. Отмечено, что при нагружении сжимающими усилиями дефекты малой толщины имеют короткую прямоугольную форму, при потере устойчивости и последующем геометрически нелинейном поведении они могут иметь наклонные волны, что связано с анизотропной структурой. Приведенные аналитические решения геометрически нелинейных задач получены методом Бубнова — Галеркина. Для исследования поведения рассматриваемых дефектов использованы два члена тригонометрического ряда прогиба. Показан вариант граничных условий, соответствующий всестороннему шарнирному опиранию. Решение геометрически нелинейной задачи в каждом случае сведено к численному решению системы двух нелинейных уравнений относительно амплитуд прогиба. Для анализа напряженного состояния дефектов приведены аналитические выражения для мембранных и изгибных напряжений, а также равенства для оценки поперечных касательных напряжений, возникающих при геометрически нелинейном состоянии.
EDN OIMVXI
Литература
[1] Degenhardt R., Castro S., Arbelo M., Zimmerman R., Khakimova R., Kling A. Future structural stability design for composite space and airframe structures. Thin-Walled Structures, 2014, vol. 81, рр. 29–38. DOI: 10.1016/j.tws.2014.02.020
[2] Ni X., Prusty G., Hellier A. Buckling and post-buckling of isotropic and composite stiffened panels: A review on optimisation (2000–2015). Transactions of the Royal Institution of Naval Architects Part A: International Journal of Maritime Engineering, 2016, vol. 158, part A3, pp. A-251–A-268. https://doi.org/10.5750/ijme.v158iA3.994
[3] Falzon B.G., Aliabadi M.H. Buckling and postbuckling structures II: Experimental, analytical and numerical studies, 2018. https://doi.org/10.1142/q0127
[4] Masood S., Gaddikeri K., Viswamurthy S. Experimental and finite element numerical studies on the post-buckling behavior of composite stiffened panels. Mechanics of Advanced Materials and Structures, 2019. https://doi.org/10.1080/15376494.2019.1701151
[5] Гавва Л.М., Фирсанов В.В. Моделирование коробления и остаточных технологических напряжений при расчете конструктивно-анизотропных панелей ЛА из композиционных материалов на основе уточненной теории. Материалы XIV Международной конференции по прикладной математике и механике в аэрокосмической отрасли (AMMAI’2022): Алушта, 4–13 сентября 2022 года. Москва, МАИ (НИУ), 2022, с. 70–72.
[6] Гавва Л.М., Фирсанов В.В. Аналитический обзор методов расчета и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния конструктивно-анизотропных панелей ЛА из композиционных материалов. Материалы XIII Международной конференции по прикладной математике и механике в аэрокосмической отрасли (AMMAI’2020), Алушта, 6–13 сентября 2020 года. Москва, МАИ (НИУ), 2020, с. 274–276.
[7] Дудченко А.А., Лурье С.А. Моделирование процессов роста поврежденности и деградации механических свойств слоистых композитов. Москва, МАИ (НИУ), 2019, 160 с. ISBN 978-5-4316-0630-4
[8] Медведский А.Л., Мартиросов М.И., Дедова Д.В. Исследование динамического деформирования и прогрессирующего разрушения композитных элементов конструкций при наличии межслоевых дефектов. Прочность неоднородных структур — ПРОСТ 2023: Сборник трудов ХI Евразийской научно-практической конференции, Москва, 18–20 апреля 2023 года. Москва, ООО «Студио-Принт», 2023, с. 126.
[9] Медведский А.Л., Мартиросов М.И., Хомченко А.В. Механика деформирования и разрушения полимерных композитов при наличии множественных расслоений произвольной формы под действием динамических нагрузок. Труды МАИ, 2022, № 124. DOI: 10.34759/trd-2022-124-06
[10] Клесарева М.В., Больших А.А., Назаров Е.В., Устинов Б.Е. Разработка и апробация методики моделирования композитных подкрепленных панелей с учетом дефектов типа BVID. II Международная конференция «Композитные материалы и конструкции»: Тезисы, Москва, 16 ноября 2021 года. Москва, Изд-во «Перо», 2021, с. 13–15.
[11] Голован В.И., Гришин В.И., Дзюба А.С., Замула Г.Н., Лимонин М.В., Дударьков Ю.И. и др. Проектирование, расчеты и статические испытания металлокомпозитных конструкций. Москва, ТЕХНОСФЕРА, 2022, 408 с. ISBN 978-5-94836-639-5
[12] Дударьков Ю.И., Лимонин М.В. Определение напряжений поперечного сдвига в слоистом композите. Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 2020, т. 86, № 2, с. 44–53. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-2-44-53
[13] Дзюба А.С., Дударьков Ю.И., Лимонин М.В. Расчет эквивалентных модулей поперечного сдвига слоистого композиционного пакета. Ученые записки ЦАГИ, 2020, т. 51, № 1, с. 80–90.
[14] Голован В.И., Дударьков Ю.И., Левченко Е.А., Лимонин М.В. Несущая способность панелей из композиционных материалов при наличии эксплуатационных повреждений. Труды МАИ, 2020, № 110, с. 5. DOI: 10.34759/trd-2020-110-5
[15] Митрофанов О.В. Проектирование несущих панелей авиационных конструкций по закритическому состоянию. Москва, МАИ (НИУ), 2020, 160 с.
[16] Митрофанов О.В. Прикладные геометрически нелинейные задачи при проектировании и расчетах композитных авиационных конструкций. Москва, МАИ (НИУ), 2022, 164 с.
[17] Митрофанов О.В., Шкурин М.В. Оценка геометрически нелинейного поведения краевых анизотропных дефектов типа расслоений в панелях из композитных материалов при сжатии. VIII Международная конференция «Проблемы механики современных машин»: Сборник статей конференции, оз. Байкал, 4–9 июля 2022 года. Улан-Удэ, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, 2022, с. 498–505. DOI: 10.53980/9785907599055_498
[18] Вольмир А.С. Гибкие пластины и оболочки. Москва, ГИТТЛ, 1956, 419 с.
[19] Лехницкий С.Г. Анизотропные пластинки. Москва, Гостехиздат, 1957, 463 с.