Методика моделирования нелинейной жесткости на смятие металлических пластин в зоне установки крепежных элементов для решения задач статической прочности

Авторы

Архипов П. А.

АО «Аэрокомпозит», 125167, Россия, г. Москва, Ленинградский проспект д.47 стр.2

e-mail: p_arkhipov@aerocomposit.ru

Аннотация

Рассмотрены методы моделирования крепежных элементов в конечно-элементных моделях (КЭМ), разработанных для анализа статической прочности. Представлена методика моделирования нелинейной жесткости на смятие металлических пластин в зоне установки крепежных элементов для решения задач статической прочности. Данная методика учитывает упругопластическое поведения материала пластины. Проведена модификация двух существующих вариантов моделирования крепежных элементов. Проведен расчет тестовой задачи с представлением результатов с существующим вариантом моделирования крепежных элементов и с учетом его доработки по представленной методике. Представленный подход позволяет обоснованно рассчитать нагрузки на крепеж многоболтового соединения и крепеж не силовых элементов к силовым элементам конструкции при нагрузках, близких к предельным по критерию смятие под крепежным элементом. 

Ключевые слова:

крепёжный элемент, конечно-элементная модель (КЭМ), жесткость на смятие

Библиографический список

1. MSC Nastran Quick reference guide, May 2013, Version 2013. URL: https://openlibrary.org/books/OL12315149M/MSC_NASTRAN_Quick_Reference_Guide
2. Alexander Rutman, Adrian Viisoreanu, John A. Parady. Fasteners Modeling for MSC. Nastran Finite Element Analysis, SAE International and the American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2000. DOI: 10.4271/2000-01-5585
3. Alexander Rutman, Chris Boshers, Larry Pearce, John Parady. Fastener Modeling for Joining Parts Modeled by Shell and Solid Elements, Americas Virtual Product Development Conference, 2007.
4. Таричко В.И., Шалупина П.И. К вопросу о динамической нагруженности несущих конструкций специальных колесных шасси // Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2019. № 4. C. 73-83.
5. Martins R.S., Ernani S.P., Lorentz A. Influence of Types of Discrete Modelling of Fasteners in FEM Models // NAFEMS World Congress, Stockholm, June 2017.
6. Боровская Я.С., Гришин В.И., Качарава И.Н., Наумов С.М. Исследование прочности многорядных металлокомпозитных соединений // Ученые Записки ЦАГИ. 2013. Т. 44. № 4. С. 80-90.
7. Боровская Я.С., Гришин В.И., Попов Д.В. К определению усилий среза в болтах многорядных металлокомпозитных стыков // Ученые Записки ЦАГИ. 2010. Т. 41. № 6. С. 72-79.
8. Богословский С.Е., Мартиросов М.И. Численное и аналитическое определение критических напряжений подкрепленной оболочки при решении задачи устойчивости // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 3. С. 481–490.
9. Полоник Е.Н., Суренский Е.А., Федотов А.А. Автоматизация расчетов усталостной долговечности механических соединений элементов авиаконструкций // Труды МАИ. 2017. № 92. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=76755
10. Дударьков Ю.И., Лимонин М.В., Наумов С.М., Осипян Е.Э. Виртуальное Моделирование эксперимента при статических испытаниях силовых панелей конструкции планера летательного аппарата // Космические аппараты и технологии. 2015. № 1 (11). С. 32-39.
11. Вашурин А.С., Орлов Л.Н. Расчетно-экспериментальная оценка пассивной безопасности кузова из многослойных панелей вахтового автобуса // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2014. № 10 (655). С. 46–54.
12. Алябьев А.Ф., Федотов М.В., Колесников А.Б. Исследование прочностных свойств рамы грузовой платформы колесного форвардера // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2021. № 174. С. 7-19. DOI: 10.21515/1990-4665-174-003
13. Стрекоз А.В., Сидоренко В.В., Ледовских И.В. Анализ напряженно-деформированного состояния (НДС) элерона из полимерных композиционных материалов (ПКМ) с применением метода конечных элементов (МКЭ) // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2019. № 6. С. 122–133. DOI: 10.23683/2311-3103-2019-6-122-133
14. Martins R.S., Santos M.T., Palma E.S. Fastening analysis using low fidelity finite element models // 31st Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, Belo Horizonte, Brazil, 9 - 14 September 2018.
15. Geoff Morris. Defining a standard formula and test-method for fastener flexibility in lap-joints, PhD thesis, Technical University Delft, The Netherlands, 2004.
16. Heimo Huth. Influence of fastener flexibility on the prediction of load transfer and fatigue life for multiple-row joints // Fatigue in Mechanically Fastened Composite and Metallic Joints, 1986, 30 p. DOI: 10.1520/stp29062s
17. Rosenfeld S., Tate M.B. Preliminary investigation on loads carried by individual joints, NACA-TN-1051, Technical report, 1946, 74 p.
18. Swift T. Development of fail-safe design features of the dc-10. Damage tolerance in aircraft structures, ASTM STP486, American society for Testing and Materials, 1971. P. 164-214. DOI: 10.1520/STP26678S
19. Панков А.В. Методика расчета зависимости «нагрузка–смещение» для болтов и заклепок в многосрезных соединениях // Ученые Записки ЦАГИ. 1990. Т. 21. № 3. С. 95-103.
20. Беспалов В.А., Пикалов В.В., Пустовой Н.В. Исследование по расчетным методам оценки остаточной прочности заклепочно-болтовых соединений // Научный вестник Новосибирского государственного технического университета. 2011. № 3. С. 81–92.
21. Ендогур А.И., Кравцов В.А., Солошенко В.Н. Принципы рационального проектирования авиационных конструкций с применением композитных материалов // Труды МАИ. 2014. № 72. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=47572
22. Ендогур А.И., Кравцов В.А. Идеология проектирования авиационных конструкций из полимерных композиционных материалов // Труды МАИ. 2015. № 81. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=57755

Скачать статью