Численное моделирование температурных полей в полимерном композите


DOI: 10.34759/trd-2021-116-17

Авторы

Чигринец Е. Г. *, Родригес С. Б. **, Заболотний Д. И. ***, Чотчаева С. К. ****

Донской государственный технический университет, ДГТУ, площадь Гагарина, 1, Ростов-на-Дону, 344003, Россия

*e-mail: egchigrinets@gmail.com
**e-mail: sb_rodriguez@mail.com
***e-mail: z-den_51@mail.com
****e-mail: semo_s@mail.ru

Аннотация

Используя экспериментальные данные пирометрического мониторинга средней температуры на поверхности механически обрабатываемых отверстий в лонжероне лопасти несущего винта вертолета Ми-28 и результаты термокинетического исследования композита методом дифференциальной сканирующей калориметрии, выполнено численное решение задачи распространения тепла в процессе сверления гибридного материала стеклопластик-титан. Конечно-элементная модель теплообразования построена в САЕ системе COMSOL Multiphysics. Верификация постобработанных результатов моделирования позволила выявить источники, направления, область действия и численные значения интенсивности тепловых потоков в каждой конкретной точке слоистого композита.

Ключевые слова:

сверление стеклопластика, теплообразование, метод конечных элементов, САЕ системы, COMSOL Multiphysics

Библиографический список

  1. Русланцев А.Н. Думанский А.М. Деформирование углепластиков под действием переменных во времени нагрузок // Труды МАИ. 2017. № 97. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=87163

  2. Пуденков Н.М. Применение углепластиков в авиастроении // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8 (2). С. 223 - 224.

  3. 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=105576

  4. Грищенко С.В. Расчет и проектирование изделий конструкции самолета из слоистых композитов с учетом межслоевых эффектов // Труды МАИ. 2015. № 84. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=63011

  5. Алексеева О.Д. Совершенствование методик испытаний несущих композитных конструкций машин: дис. … канд. техн. наук. – Ростов-на-Дону: Донской государственный технический университет, 2010. – 133 с.

  6. Дубров В.В., Самощенко И.Г., Тоискин Г.Н., Флек М.Б., Шевцов С.Н. Моделирование процесса полимеризации толстостенной композитной конструкции // Известия ЮФУ. Технические науки. 2010. № 6. С. 222 - 231.

  7. Rachid M'Saoubi, Dragos Axinte, Sein Leung Soo, Christoph Nobe. High performance cutting of advanced aerospace alloys and composite materials // CIRP Annals - Manufacturing Technology, 2015, no. 64 (2), pp. 557 - 580. DOI: 10.1016/j.cirp.2015.05.002

  8. Shevtsov S. et al. Modeling of thick-walled composite structure cure process // Proc. on the 7th EUROSIM Congress on Modeling and Simulation, 2010, vol. 2, Prague, Czech Republic, pp .1 - 6.

  9. Shevtsov S.N. et al. Mould Heating Distribution Control Simulation for Polymerization of a Composite Spar for Helicopter Main Rotor Blade // Proc. on Femlab Conference, 2005, Stockholm, Sweden, pp. 189 - 192.

  10. Shevtsov S.N. et al. Cure kinetics of epoxy resin and distributed thermal control of polymeric composite structures moulding // Proc. on 3rd IEEE Scientific Conference on Physics and Control PHYSCON, 2007, paper ID 1323, 4 p.

  11. Shevtsov S.N., Hmelevska T.A., Axenov V.N. Computer simulation of distributed thermal control for polymeric composite spar curing process // Proc. on the EUROSIM Congress, Ljubljana, Slovenia, 2007, pp. 1 - 5.

  12. Ray S., Cooney R.P. Thermal degradation of polymer and polymer composites, Handbook of Environmental Degradation of Materials (Third Edition), William Andrew Publishing, 2018, pp. 185 - 206.

  13. Sorrentino L., Turchetta S., Colella C. In-process force and temperature monitoring while drilling composites // JEC composites magazine, 2016, no. 102, pp. 46 - 48.

  14. Sorrentino L. et al. Analysis of thermal damage in FRP drilling // International Symposium on Dynamic Response and Failure of Composite Materials, 2016, no. 167, pp. 206 - 2015. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.11.689

  15. Kerrigan K., O’Donenell G. On the relationship between cutting temperature and workpiece polymer degradation during CFRP edge trimming // 5th CIRP Global Web Conference Research and Innovation for Future Production, 2015, no. 55, pp. 170 - 175. DOI: 10.1016/j.procir.2016.08.041

  16. Ashworth S. et al. Varying CFRP workpiece temperature during slotting: Effects on surface metrics, cutting forces and chip geometry // 2nd CIRP Conference on Composite Material Parts Manufacturing, 2019, no. 85, pp. 37 – 42. URL: https://doi.org/10.1016/j.procir.2019.09.021

  17. Addepalli S. et al. Non-destructive evaluation of localised heat damage occurring in carbon composites using thermography and thermal diffusivity measurement // Measurement, 2019, no. 131, pp. 706 - 713.

  18. Pelivanov I. Ambrozinski L., O’Donnell M. Heat damage evaluation in carbon fiber-reinforced composites with a kHz A-scan rate fiber-optic pump-probe laser-ultrasound system // Composites. Part A. Applied Science Manufacturing, 2016, no. 84, pp. 417 - 427. DOI: 10.1016/j.compositesa.2016.02.022

  19. Xiong W. Applications of COMSOL multiphysics software to heat transfer processes, Master’s thesis, 2010, Arcada University of Applied Science, Helsinki, 64 p.

  20. Vajdi M. et al. A review on the COMSOL Multiphysics studies of heat transfer in advanced ceramics // Journal of Composites and Compounds, 2020, no. 2, pp. 35 - 43. DOI: 10.29252/jcc.2.1.5


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2020

Вход