Анализ напряженно-деформированного состояния деталей планера самолета из композиционных материалов на основе сканирования и решения глобально-локальной задачи


DOI: 10.34759/trd-2021-118-05

Авторы

Толстиков В. Г. 1*, Пыхалов А. А. 2**

1. Иркутский национальный исследовательский технический университет, ул. Лермонтова, 83, Иркутск, 664074, Россия
2. Иркутский государственный университет путей сообщения, ИрГУПС, ул. Чернышевского, 15, Иркутск, 664074, Россия

*e-mail: tolstikovvg@mail.ru
**e-mail: pikhalov_aa@irgups.ru

Аннотация

В работе представлено математическое моделирование слоистых полимерных композиционных материалов, применяемых в современных конструкциях планера летательных аппаратов, построенное на основе сканирования деталей компьютерным томографом с последующей математической обработкой полученной информации и построением конечно-элементных моделей для анализа напряженно-деформированного состояния деталей. Основным аспектом работы является определение степени влияния внутренних дефектов на прочность изготовленной детали по результатам анализа индивидуальной конечно-элементной модели при расчетных условиях нагружения. Дополнительно в работе реализовано решение глобально-локальной задачи теории упругости, что позволяет рассматривать зону дефекта, полученную при сканировании, с достаточной точностью, при этом не перегружая конечно-элементную модель детали в целом. Результат применения представленного подхода позволяет определить годность деталей, изготовленных из слоистых полимерных композиционных материалов, с высокой степенью адекватности, заключающейся во влиянии на прочность реальных дефектов в них, выявленных в процессе неразрушающего контроля компьютерным томографом.

Ключевые слова:

структура композиционного материала, компьютерная томография, конечно-элементная модель, каркасная модель

Библиографический список

  1. 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. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=112830. DOI: 10.34759/trd-2020-110-5

  2. Дударьков Ю.И., Левченко Е.А., Лимонин М.В., Шевченко А.В. Расчетные исследования влияния некоторых видов эксплуатационно-технологических повреждений на несущую способность стрингерных панелей из ПКМ // Труды МАИ. 2019. № 106. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=105636

  3. Бойчук А.С., Генералов А.С., Далин М.А., Диков И.А. Контроль монолитных деталей и конструкций авиационной техники, изготавливаемых из ПКМ, ультразвуковым методом неразрушающего контроля с использованием фазированных решеток // X Всероссийская конференция «ТестМат. Основные тенденции, направления и перспективы развития методов неразрушающего контроля в аэрокосмической отрасли»: сборник трудов (Москва, 09 февраля 2018). — М.: ВИАМ, 2018. С. 18 — 31.

  4. Бойцов Б.В., Васильев С.Л., Громашев А.Г., Юргенсон С.А. Методы неразрушающего контроля, применяемые для конструкций из ПКМ // Труды МАИ. 2011. № 49. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=28061&PAGEN_2=2

  5. Мурашев В.В., Румянцев А.Ф. Дефекты монолитных деталей и многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов // Контроль. Диагностика. 2007. № 4. С. 23 — 31.

  6. Пыхалов А.А., Зыонг В.Л., Толстиков В.Г. Построение и анализ конечно-элементных моделей неоднородных деформируемых твердых тел на основе сканирования // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2018. № 4. С. 106 — 118. DOI: 10.15593/perm.mech/2018.4.10

  7. Зенкевич О.C. Метод конечных элементов в технике. — М.: Мир, 1975. — 542 с.

  8. Бате К., Вильсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. — М.: Стройиздат, 1982. — 448 с.

  9. Галлагер P. Метод конечных элементов. Основы. — М.: Мир, 1984. — 431 c.

  10. Carrera E., Pagani А., Silva G. Global-Local Structural Analysis Of Composite Wings // 31st Congress of the International Council of Aeronautical Sciences (ICAS), Belo Horizonte, September 09-14, 2018.

  11. Яшутин А.Г., Суренский Е.А. Автоматизированный комплекс силовых и детальных расчетов прочности самолета // Труды МАИ. 2014. № 74. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=49151

  12. Зыонг В.Л., Пыхалов А.А. Математическое моделирование и автоматизация обработки изображений сканирования твердых деформируемых тел с неоднородными свойствами материала и геометрии для построения их конечно-элементных моделей // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2017. № 2 (54). С. 30 — 39.

  13. Зыонг В.Л., Пыхалов А.А., Татарникова C.P. Интерполяция геометрии и неоднородности материала деформируемых тел при построении их объемных моделей методом конечных элементов на основе сканирования компьютерным томографом // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2017. № 3 (55). С. 10 — 18.

  14. Гришин В.И., Дзюба А.С., Дударьков Ю.И. Прочность и устойчивость элементов и соединений авиационных конструкций из композиционных материалов. — М.: Физматлит, 2013. — 272 с.

  15. Бехметьев В.И. Исследование изменения структуры полимерных композиционных материалов при ударном воздействии методом рентгеновской вычислительной томографии // Наука без границ. 2017. № 5 (10). С. 154 — 161.

  16. Непомнящая П.К., Карих В.П. Рентгеновская компьютерная томография приповерхностной зоны крупногабаритных изделий из энергонасыщенных материалов // Южно-Сибирский научный вестник. 2015. № 4 (12). С. 76 — 79.

  17. Garcea S.C., Wang Y., Withers P.J. X-ray computed tomography of polymer composites // Composites Science and Technology, 2017, vol. 156, pp. 305 — 319. DOI:10.1016/j.compscitech.2017.10.023

  18. Liu R., Sancaktar E. Identification of crack progression in filled rubber by micro X-ray CT-scan // International Journal of Fatigue, 2018, vol. 111, pp. 144 — 150.

  19. Пыхалов А.А., Зыонг В.Л. Математическое моделирование для автоматизации обработки результатов сканирования деформируемых твердых тел сложной геометрической формы с неоднородными механическими характеристиками для построения их конечно-элементных моделей // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017661241 от 06.10.2017.

  20. Пыхалов А.А., Зыонг В.Л. Математическое моделирование обработки результатов сканирования деформируемых твердых тел для построения геометрии их конечно-элементных моделей // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018615239 от 03.05.2018.


    Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2022

Вход