Моделирование биоподобных композитных элементов решетчатых структур с заданной формой прогиба


Авторы

Полилов А. Н.1*, Татусь Н. А.1, Шиаюнг Т. 2**

1. Институт машиноведения РАН им.А.А.Благонравова, Малый Харитоньевский переулок, 4, Москва, 101990, Россия
2. Государственная ведущая лаборатория инженерии производственных систем, Сианьский университет , Сиань, Китай

*e-mail: polilovan@mail.ru
**e-mail: leoxyt@hotmail.com

Аннотация

В статье приводится математическое обоснование возможности проектирования специальной структуры армирования профилированных композитных элементов с заданной формой прогиба, что может быть применено при создании конструкций космического базирования. В качестве примера изложен способ обеспечения требуемой линии прогиба при изгибе нагруженной концевой силой консольной балки, у которой ширина и высота сечений изменяются вдоль продольной оси балки по степенным законам. Условие равнопрочности в балке типа «констэра» с постоянной площадью поперечного сечения при этом может не выполняться, но важны другие два свойства: сохранение числа волокон в каждом сечении и возможность обеспечения при выбранном виде нагружениия заданной формы изгиба нейтральной линии. 

Ключевые слова:

композитный материал; аддитивная технология; низкомодульный и высокопрочный стеклопластик; 3D принтер; профилированная балка; космическая конструкция; жесткость; прочность; заданная форма прогиба.

Список источников

  1. Васильев В. В. и др. Композиционные материалы: Справочник. – М.: Машиностроение, 1990. – 512 с.
  2. Полилов А. Н. Экспериментальная механика композитов (2-е издание). – М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. – 376 с.
  3. Полилов А. Н. , Татусь Н. А. , Тян Шиаюнг.  Анализ эффективности композитных структур для космических конструкций, способных запасать упругую энергию // Труды МАИ. – 2025. – № 144. 
  4. Domínguez-Domínguez, G., Justo, X. & Matey, L.M. Integration of manufacturing constraints into topology optimization algorithms for long fibre reinforced plastic components. Int J Adv Manuf Technol (2025). https://doi.org/10.1007/s00170-025-15816-0
  5. Елисеева А.Ю., Комар Л.А., Кондюрин А.В. Вычислительное моделирование отверждения каркаса надувной антенны спутника на околоземной орбите // Вычислительная механика сплошных сред. – 2020. – Т. 13, № 4. – С. 414-423. – DOI 10.7242/1999-6691/2020.13.4.32. – EDN PDFKAL.
  6. Казанцев З. А., Ерошенко А. М., Уваев И. В., Лопатин А. В. Параболический трансформируемый рефлектор для платформы CubeSat // Космические аппараты и технологии. – 2020. – Т. 4, № 2(32). – С. 85-95. – DOI 10.26732/j.st.2020.2.03. – EDN QBVPEX.
  7. Алфутов Н. А., Зиновьев П. А., Попов В. Г. Расчет многослойных пластин и оболочек из композиционных материалов. Серия "Библиотека расчетчика". – М.: Машиностроение, 1984. – 264 с.
  8. Gordon. J. E. The New Science of Strong Materials. Or Why You Don't Fall through the Floor. Princeton university press, 2018. – 328 с. ISBN 9780691180984. 
  9. Gibson R. F. Principles of composite material mechanics. Third Edition. CRC Press Content, 2011. – 683 с.
  10. Буякас В. И., Глотов М. Д. Физическое моделирование системы раскрытия нового лепесткового зеркала для космической радиоастрономии / // Краткие сообщения по физике ФИАН. – 2021. – Т. 48, № 9. – С. 3-9. – EDN JTHNCF.
  11. Кабанов С. А., Зимин Б. А., Митин Ф. В. Разработка и исследования математических моделей раскрытия подвижных частей трансформируемых космических конструкций. Часть I // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2020. – Т. 21, № 1. – С. 51-64. – DOI 10.17587/mau.21.51-64. – EDN HVWRAF.
  12. Салахутдинов М. А., Арипов Д. Н., Ханеков А. Р., Киселев С. С. Экспериментальные исследования несущей способности балок составного двутаврового сечения из пултрузионных стеклопластиковых профилей (ПСП) // Вестник МГСУ. – 2024. – Т. 19, № 12. – С. 1883-1895. – DOI 10.22227/1997-0935.2024.12.1883-1895. – EDN IAVQCP.
  13. Кривень Г. И. Пассивное демпфирование балочных элементов антенных систем // Радиотехника. – 2023. – Т. 87, № 9. – С. 66-74. – DOI 10.18127/j00338486-202309-06. – EDN JZPSCS.
  14. Brózda, Kinga & Selejdak, Jacek & Koteš, Peter. (2017). The Analysis of Beam Reinforced with FRP Bars in Bending. Procedia Engineering. 192. 64-68. 10.1016/j.proeng.2017.06.011. 
  15. Soliman, E.S.M.M. Optimization of hybrid composite leaf spring considering Tsai-Wu failure criteria. Int J Interact Des Manuf 19, 8439–8458 (2025). https://doi.org/10.1007/s12008-025-02285-8
  16. Aya, Serhan & Tüfekci, Mertol & Tufekci, Ekrem. (2025). Analytical modeling and exact solution for the static behavior of helical beams: a novel approach. Mechanics Based Design of Structures and Machines. 1-32. 10.1080/15397734.2025.2549470. 
  17. Bai Shu Cheng, Cai Liang Yuan, Wen Lei [et al.] The large dimension super light-weight rigid carbon fiber composite antenna fabrication technique with rubber bar mandrel // Perspektivnye Materialy. – 2011. – No. S13. – P. 225-231. – EDN NJINKR.
  18. Kang, Youwei & Liu, Tengfei & Tian, Xiaoyong & Li, Haiyang & Zhang, Haojie & Li, Yancheng & Wu, Lingling. (2025). Spider web-inspired continuous fibre floating 3D printing for large lightweight mesh structures. Virtual and Physical Prototyping. 20. 10.1080/17452759.2025.2546676.
  19. Полилов А. Н. Пять парадоксов четырежды линейной теории изгиба профилированных и ветвящихся композитных пружин // Машиностроение и инженерное образование. – 2021. – № 3-4(67). – С. 3-15. – EDN DNDVEK.
  20. Карапетян К. А. Зависимость сопротивления ползучести стеклопластиковых элементов от начальной разориентации направления армирования // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. – 2024. – № 4(70). – С. 33-41. – DOI 10.48612/NewsKSUAE/70.3. – EDN ESTXDX.
  21. Jun, Ke & wu, Zhenyu & Ying, Zhiping. (2019). A review on material selection, design method and performance investigation of composite leaf springs. Composite Structures. 226. 111277. 10.1016/j.compstruct.2019.111277. 
  22. Manaba, Brighton & Hashe, Vuyo. (2021). A review of composite leaf springs for automotive vehicles. MATEC Web of Conferences. 347. 00031. 10.1051/matecconf/202134700031. 
  23. Русских С. В., Шклярчук Ф. Н. Расчет формообразования космической зонтичной антенны при сильном изгибе радиальных стержней, связанных по параллелям растяжимыми тросами // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. – 2021. – № 5. – С. 99-112. – DOI 10.31857/S0572329921050093. – EDN OBNOSM



Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2026

 Вход