Сентябрь 2015, № 9 (184)

УДК: 629.7Морозов Н.А., Власов Ю.Л., Гаврилов А.А. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПОЗИТНЫХ ОБШИВОК СУХИХ ОТСЕКОВ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ С ПОМОЩЬЮ NASTRANИсследования, посвященные минимизации массы летательных аппаратов, никогда не перестанут быть актуальными. Снижение массы позволяет снизить затраты на производство летательного аппарата, уменьшить динамические нагрузки, возникающие при транспортировке и в процессе его полета, а также уменьшить количество необходимого для полета топлива. Ставилась цель получения обшивки, обеспечивающей наибольший коэффициент запаса общей устойчивости и максимальную прочность отсека при условии минимизации его массы. Исследования проводились путем моделирования напряженно-деформированного состояния обшивок с помощью метода конечных элементов в системе Nastran. Для исследования использовалась слоистая модель, состоящая из различно армированных слоев композиционного материала заданной толщины. В результате расчета на прочность и устойчивость различных обшивок было установлено, что оптимальными схемами укладки четырехслойных обшивок являются схемы, имеющие внутренние слои (наиболее близкие к продольной оси отсека), армированные под углами, и внешний слой, армированный под углом. Отсутствие различия в устойчивости и прочности обшивок в случае взаимной перемены мест слоев, армированных под углами, обеспечивает возможность замены этих двух слоев одним ортотропным слоем. При моделировании сухих отсеков летательных аппаратов предпочтение необходимо отдавать четырехслойным обшивкам, имеющим схему расположения слоев (45, –45, 0, 90). Исследовалось влияние изменения количества четырехслойных пакетов слоев обшивки на ее прочность и устойчивость, при этом толщина обшивки принималась неизменной. Было установлено, что эпюры напряжений и максимальные напряжения, возникающие в обшивках, одинаковы, а коэффициент запаса общей устойчивости возрастает с увеличением числа пакетов слоев. Причем существенное увеличение коэффициента запаса устойчивости происходит только при использовании двух пакетов слоев, поэтому при моделировании обшивок из большего количества пакетов слоев рекомендуется использовать технико-экономические расчеты.Ключевые слова: композиционный материал, обшивка, прочность, устойчивость, слой, оптимизация.

Загрузить

Список использованной литературы:

1. Абросимов, Н.А. Оптимальное проектирование многослойных композитных оболочек вращения нерегулярной структуры при импульсных и ударных воздействиях/ Н.А. Абросимов, В.Г. Баженов, В.П. Столов // Механика композитных материалов. — 1990. — № 6. — С. 1087–1093

2. Бакулин, В.Н. Методы оптимального проектирования и расчета композиционных конструкций. В 2 т. Т.1. Оптимальное проектирование конструкций из композиционных и традиционных материалов / В.Н. Бакулин, Е.Л. Гусев, В.Г. Марков. — М.: Физматлит, 2008. — 256 с.

3. Белевичус, Р. Оптимизация формы слоистых ортотропных пластинчатых конструкций / Р. Белевичус // Механика композитных материалов. — 1993. — № 4. — С. 537-546

4. Бунаков, В.А. Оптимальное проектирование конструкций из композиционных материалов / В.А. Бунаков, В.Б. Маркин. — Барнаул: Алтайский гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова, 1994. — 57 с.

5. Васильев, В.В. Основы проектирования и изготовления конструкций летательных аппаратов из композиционных материалов / В.В. Васильев, А.А. Добряков, А.А. Дудченко и др. — М.: МАИ, 1985. — 218 с.

6. Дудченко, А.А. Оптимальное проектирование элементов авиационных конструкций из композитных материалов / А.А. Дудченко. — Москва: МАИ, 2002. — 84 с.

7. Зиновьев, П.А. Оптимальное проектирование композитных материалов / П.А. Зиновьев, А.А. Смердов. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. — 103 с.

8. Колпаков, А.Г. Проектирование волокнистых композитов с за-данными деформативно-прочностными характеристиками / А.Г. Колпаков // Прикладная механика и техн. физика. — 1995. — Т.36, №5. — С. 113-123

9. Лизин, В.Т. Проектирование тонкостенных конструкций. — 3-е изд./ В.Т. Лизин, В.А. Пяткин. — М.: Машиностроение, 1994. — 384 с.

10. Морозов, Н.А. Влияние геометрических характеристик стрингеров на устойчивость подкрепленных цилиндрических обшивок летательных аппаратов/ Н.А. Морозов, С.Д. Изенин // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: материалы Всероссийской научно-методической конференции (c международным участием). — Оренбург: ОГУ, 2015. — С.77-81

11. Морозов, Н.А. Исследование влияния угла армирования композитных материалов на устойчивость элементов обшивок летательных аппаратов/ Н.А. Морозов // Школа — семинар молодых ученых и специалистов в области компьютерной интеграции производства: материалы. Оренбург: ООО ИПК "Университет", 2015 — С.91-95

12. Морозов, Н.А. Оптимизация параметров обшивок сухих отсеков ракет, выполненных из композиционных материалов/ Н.А. Морозов, Власов Ю.Л., Гаврилов А.А. // Прогрессивные технологии в транспортных системах: материалы двенадцатой международной научно-практической конференции — Оренбург: ОГУ, 2015. — С. 282-286

13. Муц А. Оптимизация многослойных композитных конструкций со случайно распределенными механическими свойствами / А. Муц // Механика композитных материалов. 2005. — Т. 41, № 6. — С. 753-760

14. Немировский, Ю.В. Рациональное проектирование армирован-ных конструкций / Ю.В. Немировский, А.П. Янковский — Новосибирск: Наука, 2002. — 488 с.

15. Оболенский, Е.П. Прочность летательного аппарата и их агрегатов: учебник для студентов авиационных специальностей вузов / Е.П. Оболенский, Б.И. Сахаров, В.А. Сибиряков; Под ред. И.Ф. Образцова. — Москва: Машиностроение, 1995. — 504 с.

16. Почтман, Ю.М. Оптимизация цилиндрических композитных оболочек с учетом критической моды несовершенств / Ю.М. Почтман, С.А. Шульга // Механика композитных материалов. 1998. — Т. 34, № 5. — С. 613-620

17. Смердов, А.А. Основы оптимального проектирования композитных конструкций / А.А. Смердов. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. — 88 с.

18. Тетере, Г.А. Многоцелевое оптимальное проектирование композитных конструкций / Г.А. Тетере, А.Ф. Крегерс // Механика композитных материалов. — 1996. — Т. 32, № 3. — С. 363-376

О статье

Авторы: Морозов Н.А., Власов Ю.Л., Гаврилов А.А.

Год: 2015

Главный редактор

Сергей Александрович
МИРОШНИКОВ

© Электронное периодическое издание: ВЕСТНИК ОГУ on-line (VESTNIK OSU on-line), ISSN on-line 1814-6465
Зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
Свидетельство о регистрации СМИ: Эл № ФС77-37678 от 29 сентября 2009 г.
Учредитель: Оренбургский государственный университет (ОГУ)
Главный редактор: С.А. Мирошников
Адрес редакции: 460018, г. Оренбург, проспект Победы, д. 13, к. 2335
Тел./факс: (3532)37-27-78 E-mail: vestnik@mail.osu.ru