АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ (НДС) ЭЛЕРОНА ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (ПКМ) С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (МКЭ)
Аннотация
Применение композиционных материалов в современной авиации требует уже на ранних
стадиях проектирования тесного сотрудничества конструкторов, расчетчиков-прочнистов и
технологов. Это объясняется прежде всего анизотропностью (в общем случае) свойств компо-
зиционных материалов. Оптимизация по весу агрегатов и деталей из ПКМ - сложная многопа-
раметрическая задача, включающая в себя: – выбор материала с заданными свойствами;
– формирование сэндвич-пакета с ориентацией монослоев, в соответствии с полями тензоров
главных потоков; – обеспечение статической прочности и анализа потери устойчивости;
– выбор и разработка технологического процесса и т.д., и т.п. В представленной работе прове-
ден анализ НДС одного из агрегатов летательного аппарата (ЛА)на этапе модификации дей-
ствующей конструкции согласно принятому решению о замене металлических материалов на
полимернокомпозиционные. Расчет НДС выполнен в системе программных продуктов MSC.
Software на этапе выпуска рабочей конструкторской документации (РКД). Получены положи-
тельные избытки прочности с применением критериев разрушения для ПКМ по линейно ста-
тическому анализу, анализу с учетом геометрической нелинейности и анализу на потерю ус-
тойчивости. НДС получено для полетных случаев нагружения и стояночных случаев нагруже-
ния (действие ветровой нагрузки). На основе проведенного анализа принято решение о разра-
ботке программы испытаний образцов для подтверждения физических свойств материалов и
пакетов КМ (Композиционных материалов). Так же в дальнейшем для подтверждения ресурса
конструкции будут проведены ресурсные испытания. В последующем работа будет заклю-
чаться в сопровождении анализом НДС по МКЭ на этапах испытания образцов, статических и
ресурсных испытаний.
Литература
aviatsionnoy tekhniki [Design, calculation and technology of aircraft connections]. Moscow:
Mashinostroenie, 2006, 336 p.
2. Zorin V.A. Raschetno-teoreticheskie issledovaniya problem ratsional'nogo proektirovaniya
korpusov soedinitel'nykh otsekov iz kompozitsionnykh materialov dlya ballisticheskikh raket
podvodnykh lodok (obzor) [Computational and theoretical studies of the problems of rational
design of the hulls of the connecting compartments of composite materials for ballistic missiles
of submarines (review)], Konstruktsii iz kompozitsionnykh materialov [Designs from
composite materials], 2011, No. 1, pp. 3-12.
3. Boltaev P.I., Zorin V.A. Metody rascheta podkreplennykh obolochek iz kompozitsionnykh
materialov [Methods for calculating reinforced shells made of composite materials],
Konstruktsii iz kompozitsionnykh materialov [Designs from composite materials], 2011, No. 2,
pp. 8-21.
4. Frantsev M.E. Proektnye rekomendatsii po opredeleniyu naibolee nagruzhennykh i
uyazvimykh elementov korpusa sudna iz kompozitsionnykh materialov [Design recommendations
for determining the most loaded and vulnerable elements of the hull from composite materials],
Konstruktsii iz kompozitsionnykh materialov [Designs from composite materials],
2011, No. 3, pp. 86-98.
5. Zorin V.A. Opyt primeneniya kompozitsionnykh materialov v izdeliyakh aviatsionnoy i
raketno-kosmicheskoy tekhniki (obzor) [Experience in the use of composite materials in aircraft
and rocket and space technology products (review)] Konstruktsii iz kompozitsionnykh
materialov [Designs from composite materials], 2011, No. 4, pp. 44-59.
6. Aviakonstruktsiya iz kompozitsionnykh materialov (proekt). Rekomendatel'nyy tsirkulyar
RTS PKM1-(107V) [Aircraft from composite materials (project). Recommended circular RC
PCM1- (107B)]. Moscow: 2011, 107 p.
7. Ricard H. MacNeal. Finite elements: their design and performance, Mechanical engineering,
1993, Vol. 89, 531 p.
8. Muyzemnek A.Yu., Kartashova E.D. Mekhanika deformirovaniya i razrusheniya polimernykh
sloistykh kompozitsionnykh materialov [The mechanics of deformation and fracture of polymer
layered composite materials]. Penza: Penzenskiy gosudarstvennyy universitet, 2017, 336 p.
9. Rukovodstvo po poryadku i protseduram opredeleniya sootvetstviya polimernykh
kompozitsionnykh materialov, ispol'zuemykh v konstruktsii vozdushnogo sudna,
trebovaniyam p. 613 Aviatsionnykh pravil (AP25, 25, 27, 29). Proekt [Guidance on the procedure
and procedures for determining the conformity of polymer composite materials used in
the construction of an aircraft with the requirements of paragraph 613 of the Aviation Rules
(AR25, 25, 27, 29). Draft]. Moscow, 2013, 200 p.
10. Odinkov Yu.G. Raschet samoleta na prochnost' [Strength calculation of an aircraft]. Moscow:
Mashinostroenie, 1973, 392 p.
11. Gudkov A.I., Leshakov P.S. Vneshnie nagruzki i prochnost' letatel'nykh apparatov [External
loads and the strength of aircraft]. Moscow: Mashinostroenie, 1968, 470 p.
12. Raschetnye usloviya prochnosti kryla i opereniya iz polimernykh kompozitsionnykh
materialov samoleta MS-21. TSAGI [The design conditions of the strength of the wing and
plumage of the polymer composite materials of the aircraft MS-21. TsAGI]. Moscow, 2011,
250 p.
13. Aviatsionnye pravila 25.303 Prochnost' i deformatsii [Aviation regulations 25.303 Strength
and deformation], pp. 53.
14. Avdonin A.S., Figurovskiy V.I. Raschet na prochnost' letatel'nykh apparatov [Strength analysis
of aircraft]. Moscow: Mashinostroenie, 1985, 440 p.
15. Sergerlind L. Primenenie metoda konechnykh elementov [Application of the finite element
method]. Moscow: Mir, 1979, 392 p.
16. Aviatsionnye pravila 25.307 Dokazatel'stvo prochnosti [Aviation Rules 25.307 Proof of
Strength], pp. 54.
17. Aviatsionnye pravila 25.651 Ispytanie na prochnost' [Aviation regulations 25.651 Strength
test], pp. 128.
18. Otsenka dopustimosti povrezhdeniya i ustalostnoy prochnosti konstruktsii (proekt).
Rekomendatel'nyy tsirkulyar RTS-AP25.571-1A [Assessment of the permissibility of damage
and fatigue strength of the structure (project). Recommended circular RC-AR25.571-1A].
Moscow, 2008, 301 p.
19. Kevin Kiroy. MSC/NASTRAN quick reference guide version 70.5. The MacNeal-Schwendler
Corporation, 1998, 938 p.
20. Selyugin S.V., Chekhov V.V. Raschet ratsional'nykh parametrov fizicheski nelineynykh
konstruktsiy [Calculation of rational parameters of physically nonlinear structures], Tr. TSAGI.
Proektirovanie i raschet na prochnost' aviatsionnykh konstruktsiy [Proceedings of TsAGI. Design
and strength analysis of aircraft structures]. Moscow, 1998, Issue 2632, pp. 85-95.
