Численное моделирование демпфирующих покрытий


DOI: 10.34759/trd-2022-126-12

Авторы

Поляков П. О.1*, Шестеркин П. С.2**

1. «Государственное машиностроительное конструкторское бюро «Вымпел» им. И.И.Торопова», Волоколамское шоссе, 90, Москва, 125424, Россия
2. Военно-промышленная корпорация «НПО машиностроения», ул. Гагарина, 33, Реутов, Московская область, 143966, Россия

*e-mail: p.o.polyakov@yandex.ru
**e-mail: blackshoot.92@mail.ru

Аннотация

В различных промышленных сферах применяются демпфирующие материалы, подходящие по своим свойствам для конкретных условий работы. Использование демпфирующих лент один из существующих способов повышения демпфирующих свойств материалов. В настоящий момент для современных тонкостенных конструкций возникает необходимость разработки более совершенных моделей расчета, для которых должны быть достаточно полно отражены реальные условия работы конструкций, с учетом механических свойств материала, из которого изготовлены ее элементы. Существенное влияние на динамическую напряженность элементов тонкостенных конструкций имеют демпфирующие свойства материалов, из которых они изготовлены, а также амплитуды их колебаний. Улучшение демпфирующих свойств является одним из методов увеличения сроков службы элементов конструкций подверженных циклическому нагружению в процессе эксплуатации. Для гашения колебаний в разных диапазонах частот, которые возникают в условиях внешнего воздействия, а также от весовых характеристик системы, зависит выбор оптимальных видов демпфирующих покрытий. В данной статье исследуется влияние демпфирующей ленты марки 3М на динамические характеристики консольной балки и моделирование этого процесса. и моделирование этого процесса. Представлены результаты численного моделирования свободных колебаний алюминиевой балки-пластины без демпфирующих слоев и с наклеенными на лицевые поверхности ленты с демпфирующими свойствами (трехслойные балки). Для численного моделирования моделей пластин всех исследуемых размеров с демпфирующей лентой, была применена симуляция колебательного процесса аналогично физическому испытанию. Построена конечно-элементная модель пластины с сеткой. Определены динамические характеристики трехслойных балок. Установлена зависимость изменения коэффициента демпфирования от амплитуды для образцов с и без демпфирующих лент для разных амплитуд, получена амплитудно-частотная характеристика, логарифмический декремент затухания, коэффициент демпфирования и собственная частота образцов без демпфирующего слоя и с его участием.

Численное моделирование проводилось с целью сравнения экспериментальных результатов динамических характеристик консольной балки без демпфирующего слоя и с ними.

Ключевые слова:

демпфирующая лента, трехслойная балка, собственные частоты, логарифмический декремент

Библиографический список

  1. Соломатов В.И., Бобрышев А.Н., Химмлер К.Г. Полимерные композиционные материалы в строительстве. — М.: Стройиздат, 1988. — 312 с.
  2. Wu, J.-M. Yang, The mechanical behavior of GLARE laminates for aircraft structures // JOM: the journal of the Minerals, Metals & Materials Society, 2005, no. 57 (1), pp. 72–79. DOI: 10.1007/s11837-005-0067-4
  3. Jakubczak P., Bienias J., Surowska B. Interlaminar shear strength of fibre metal laminates after thermal cycles // Composite Structure, 2018, vol. 206, pp. 876–887. DOI: 1016/j.compstruct.2018.09.001
  4. Vogeslang L.B., Volt A. Development of Fibre Metal Laminates for Advanced Aerospace Materials // Journal of Materials Processing Technology, 2000, vol. 103 (1), pp. 1–5. DOI: 1016/S0924-0136(00)00411-8
  5. Bai S., Djafari V., Andr´eani M., Francois D. Study of shortbeam shear tests for composite materials // Composites Science Technology, 1995, vol. 55 (4), pp. 343–348. DOI: 1016/0266-3538(95)00077-1
  6. Sinmazçelik T., Avcu E., Bora M.Ö., Çoban O. A review: Fibre metal laminates, background, bonding types and applied test methods // Materials and Design, 2011, vol. 32 (7), pp. 3671-3685. DOI: 1016/j.matdes.2011.03.011
  7. Kotik H.G., Ipina J.E.P. Short-beam shear fatigue behavior of fiber metal laminate (GLARE) // International Journal of Fatigue, 2017, no. 95, pp. 236-242. DOI: 1016/j. ijfatigue.2016.11.001
  8. Ганбаров А.Б. Обоснование и разработка вибродемпфирующего покрытия с упруго-волокнистой структурой: дис. ... канд. техн. наук. — Воронеж: 2004. — 130 с.
  9. Лурье С.А., Дудченко А.А., Нгуен Д.К. Градиентная модель термоупругости для слоистой композитной структуры // Труды МАИ. 2013. № 75. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=49674
  10. Carlsson LA, Adams DF, Pipes RB. Experimental characterization of advanced composite materials, CRC press, 2014, 256 p.
  11. Kubit A., Trzepiecinski T., Klonica M., Hebda M., Pytel M. The influence of temperature gradient thermal shock cycles on the interlaminar shear strength of fibre metal laminate composite determined by the short beam test // Composites Part B: Engineering, 2019, vol. 176. DOI: 1016/j.compositesb.2019.107217
  12. Megahed M., Abd El-baky M.A., Alsaeedy A.M., Alshorbagy A.E. An experimental investigation on the effect of incorporation of different nanofillers on the mechanical characterization of fiber metal laminate // Composites Part B: Engineering, 2019, vol. 176. DOI: 10.1016/j.compositesb.2019.107277
  13. Rao S.S. Mechanical Vibrations, Addsion-Wesley, MA. 1995, 912 p.
  14. Григолюк Э.И., Селезов И.Т. Механика деформируемых твердых тел. Неклассические теории колебаний стержней пластин и оболочек. — М.: ВИНИТИ, 1973. Т. 5. — 272 с.
  15. Рабинский Л.Н., Бабайцев А.В., Шестеркин П.С. Определение демпфирующих свойств металлической ленты марки 3М на базе решения обратной задачи динамики трехслойного стержня и экспериментальных данных // Механика композиционных материалов и конструкций. Т. 27. № 5. С. 12.
  16. Prokudin O.A., Solyaev Y.O., Babaytsev A.V., Artemyev A.V., Korobkov M.A. Dynamic characteristics of three-layer beams with load-bearing layers made of alumino-glass plastic // PNRPU Mechanics Bulletin, 2020, vol. 4, pp. 260–270. DOI: 15593/perm.mech/2020.4.22
  17. Рикардс Р.Б., Барканов E.H. Определение динамических характеристик вибропоглощающих покрытий методом конечных элементов // Механика композитных материалов. 1991. № 5. С. 823-830.
  18. Рикардс Р.Б., Чате А.К., Кензер М.Л. Конечный элемент слоистой балки. Системы автоматизированного проектирования в машиностроении. — Рига: Зннатне, — С. 12-22.
  19. Климов А.К., Климов Д.А., Низовцев В.Е., Ухов П.А. Эффективность применения наноструктурных композиционных материалов и изделий из них в авиационной промышленности // Труды МАИ. 2013. № 67. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=41486
  20. Кривень Г.И., Маковский С.В. О демпфирующих свойствах вискеризованного слоя в модифицированных волокнистых композитах // Труды МАИ. 2020. № 114. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=118729. DOI: 10.34759/trd-2020-114-03

Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход