Динамические характеристики трехслойных балок с несущими слоями из алюмостеклопластика
Автор: Прокудин О.А., Соляев Ю.О., Бабайцев А.В., Артемьев А.В., Коробков М.А.
Статья в выпуске: 4, 2020 года.
Бесплатный доступ
Алюмостеклопластики являются перспективными авиационным материалами, обладающими повышенными характеристиками удельной жесткости и прочности, усталостной прочности, ударопрочности, остаточной прочности после удара. В настоящее время алюмостеклопластики марки GLARE применяются для изготовления элементов обшивки фюзеляжа дальнемагистральных пассажирских самолетов Airbus A380, а также в качестве некоторых отдельных элементов авиационных конструкций. Настоящая работа посвящена определению динамического поведения образцов СИАЛа, работающих в составе трехслойных конструкций со вспененным заполнителем. Представлены результаты экспериментальных исследований собственных частот и коэффициентов демпфирования трехслойных балок, выполненных с несущими слоями из пятислойного алюмостеклопластика СИАЛ и с заполнителем из вспененного полиимида. Испытания проведены с использованием метода свободных затухающих изгибных колебаний консольно-закрепленных образцов. Динамические параметры трехслойных балок вычислены на основе анализа амплитудно-частотных характеристик, полученных методом быстрого преобразования Фурье. Механические характеристики образцов СИАЛа и заполнителя предварительно определены в статических и динамических испытаниях. Коэффициент демпфирования заполнителя определен методом динамического механического анализа. Модуль сдвига заполнителя определен по результатам измерения изгибной жесткости изготовленных трехслойных балок в квазистатических испытаниях на трехточечный изгиб. На основе сопоставления расчетных данных и результатов экспериментов показано, что в динамических испытаниях происходит снижение изгибной жесткости трехслойных образцов, по сравнению с расчетными значениями, что может быть связано с особенностями изменения характеристик пористого заполнителя при динамическом нагружении. Значение коэффициента демпфирования образцов СИАЛа составило ~0,02, вспененного заполнителя ~0,08, а трехслойных балок ~0,067 в диапазоне частот колебаний до 60 Гц.
Алюмостеклопластик, трехслойные балки, динамические испытания, коэффициент демпфирования, вспененный заполнитель
Короткий адрес: https://sciup.org/146282022
IDR: 146282022 | DOI: 10.15593/perm.mech/2020.4.22
Список литературы Динамические характеристики трехслойных балок с несущими слоями из алюмостеклопластика
- Wu G., Yang J.M. The mechanical behavior of GLARE laminates for aircraft structures // Jom. - 2005. - Vol. 57, № 1. -P. 72-79.
- Vogeslang L.B., Volt A. Development of Fibre Metal Laminates for Advanced Aerospace Materials // J. of Mater. Processing Technol. - 2000. - Vol. 103. - P. 1-5.
- Гибридные слоистые материалы с небольшой скоростью развития усталостной трещины / В.В. Антипов, Н.Ю. Серебренникова, О.Г. Сенаторова, Л.В. Морозова, Н.Ф. Лукина, Ю.Н. Нефедова // Вестник машиностроения. - 2016. - № 12. - С. 45-49.
- Высокопрочный слоистый материал на основе листов из алюминий-литиевого сплава / В.В. Шестов, В.В. Антипов, Н.Ю. Серебренникова, Ю.Н. Нефедова // Технология легких сплавов. - 2016. - № 1. - С. 119-123.
- Sinmaz р elik T., Avcu E., Bora M.O. A review: Fibre metal laminates, background, bonding types and applied test methods. // Materials and Design. - 2011. - Vol. 32 (7). - P. 3671-3685.
- A review on the development and properties of continuous fiber/epoxy/aluminum hybrid composites for aircraft structures / E.C. Botelho [et al.] // Materials Research. - 2006. - Vol. 9, № 3. - P. 247-256.
- Слоистые металлополимерные материалы в элементах конструкции воздушных судов / Н.Ю. Подживотов, Е.Н. Каб-лов, В.В. Антипов, В.С. Ерасов, Н.Ю. Серебренникова, М.Р. Абдуллин, М.В. Лимонин // Перспективные материалы. -2016. - № 10. - С. 5-19.
- Оценка эффективных механических характеристик слоистого алюмостеклопластика в условиях одноосного растяжения / В.В. Антипов, В.Н. Добрянский, В.А. Короленко, С.А. Лурье, Н.Ю. Серебренникова, Ю.О. Соляев // Вестник Московского авиационного института. - 2018. - Т. 25, № 2.
- Оценка межслоевой прочности алюмостеклопластика по результатам испытаний образцов на трехточечный изгиб / В.В. Антипов, О.А. Прокудин, С.А. Лурье, Н.Ю. Серебренникова, Ю.О. Соляев, А.Н. Коновалов // Вестник Московского авиационного института. - 2019. - Т. 26, № 2. - С. 229-237.
- Elasto-plastic behavior and failure of thick GLARE laminates under bending loading / Y. Solyaev, S. Lurie, O. Proku-din, V. Antipov, L. Rabinskiy, N.Serebrennikova, V. Dobryanskiy // Composites Part B: Engineering. - 2020. - Vol. 200. - 108302.
- Перспективы применения в авиационных конструкциях слоистых металлополимерных материалов на основе алюминиевых сплавов / В.В. Антипов [и др.] // Авиационные материалы и технологии. - 2020. - № 1. - С. 45-53.
- Мазаев А. В. Прочностной анализ экспериментальных панелей из композита СИАЛ-3-1 и сплава Д16ч.-ат методом конечных элементов // Авиационные материалы и технологии. - 2018. - № 1 (50).
- Iriondo J., Aretxabaleta L., Aizpuru A. Characterisation of the elastic and damping properties of traditional FML and FML based on a self-reinforced polypropylene // Composite Structures. - 2015. -Vol. 131. - P. 47-54. doi.org/ 10.1016/j.compstruct.2015.04.047
- Dariushi S., Sadighi M. A study on flexural properties of sandwich structures with fiber/metal laminate face sheets // Applied Composite Materials. - 2013. - Vol. 20(5). - P. 839-855. doi.org/10.1007/s10443-012-9307-2
- Low-velocity impact of sandwich beams with fibre-metal laminate face-sheets / J. Zhang, Y. Ye, Q. Qin, T. Wang // Composites Science and Technology, 168(June). - 2018. -P. 152-159. doi.org/10.1016/j.compscitech.2018.09.018
- Zhang J., Ye Y., Qin Q. On dynamic response of rectangular sandwich plates with fibre-metal laminate face-sheets under blast loading // Thin-Walled Structures, 144(July). - 2019. doi.org/10.1016/j.tws.2019.106288
- Liu C., Zhang Y.X., Ye L. High velocity impact responses of sandwich panels with metal fibre laminate skins and aluminium foam core // International Journal of Impact Engineering, 100. -2017. - P. 139-153. doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2016.09.004
- Liu C., Zhang Y.X., Li J. Impact responses of sandwich panels with fibre metal laminate skins and aluminium foam core // Composite Structures. 182 (April 2016). - 2017. - P. 183-190. doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.09.015
- Kiratisaevee H., Cantwell W.J. The impact response of aluminum foam sandwich structures based on a glass fiber-reinforced polypropylene fiber-metal laminate // Polymer composites. - 2004. - Vol. 25, № 5. - C. 499-509.
- Tan C.Y., Akil H.M. Impact response of fiber metal laminate sandwich composite structure with polypropylene honeycomb core // Composites Part B: Engineering. - 2012. -Vol. 43, № 3. - C. 1433-1438.
- Design and testing of a fiber-metal-laminate bird-strike-resistant leading edge / M. Guida [et al.] // Journal of Aircraft. -2009. - Vol. 46, № 6. - C. 2121-2129.
- Hazizan M.A., Tan C.Y. Comparative Study of Fiber Metal Laminates (FMLs) and Aluminum Skins for Polypropylene (PP) Honeycomb Core Sandwich Structure under Low Velocity Impact Loads // Key Engineering Materials. - Trans Tech Publications Ltd. - 2011. - Vol. 471. - P. 524-529.
- Blast response of gradient honeycomb sandwich panels with basalt fiber metal laminates as skins / X. Ma, X. Li, S. Li, R. Li, Z. Wang, G. Wu // International Journal of Impact Engineering, 123 (July 2018). - 2019. - P. 126-139. doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2018.10.003
- Ghalami-Choobar M., Sadighi M. Investigation of high velocity impact of cylindrical projectile on sandwich panels with fiber-metal laminates skins and polyurethane core // Aerospace Science and Technology. - 2014. - Vol. 32, № 1. -P. 142-152.
- Vasiliev V.V., Morozov E.V. Advanced mechanics of composite materials and structures // Elsevier. - 2018.
- Rao S.S. Mechanical Vibrations // Addsion-Wesley, MA. - 2019.
- The mechanical response of Rohacell foams at different length scales / S. Arezoo [et al.] // Journal of materials science. -2011. - Vol. 46, № 21. - P. 6863-6870.
- Weaver Jr.W., Timoshenko S.P., Young D.H. Vibration problems in engineering. - John Wiley & Sons. -1990.
- Bending problems in the theory of elastic materials with voids and surface effects / S. Lurie, Y. Solyaev, A. Volkov, D. Volkov-Bogorodskiy // Mathematics and Mechanics of Solids. - 2018. - Vol. 23(5). - P. 787-804.
- Tita V., CaliriJunior M.F. Numerical simulation of anisotropic polymeric foams // Latin American Journal of Solids and Structures. - 2012. - T. 9, Vol. 2. - P. 1-21.
