Определение разрушающей нагрузки пластин с отверстием
Автор: Е. И. Романенко, И. А. Банщикова, А. Н. Пель
Журнал: Космические аппараты и технологии.
Рубрика: Новые материалы и технологии в космической технике
Статья в выпуске: 2, 2025 года.
Бесплатный доступ
Определение разрушающей нагрузки авиационных деталей – важнейший аспект проектирования и эксплуатации воздушных судов. От прочностных характеристик материалов и конструкций напрямую зависят безопасность полетов, долговечность компонентов и экономическая эффективность эксплуатации. В связи с этим рассмотрена проблема численного и аналитического расчета разрушающей нагрузки. Разработана программа, реализующая алгоритм определения разрушающей нагрузки с использованием метода конечных элементов в пакете Ansys. Валидация алгоритма выполнена на пластинах с круглым отверстием. Исследованы однородные пластины, изготовленные из сплавов Д16Т и В95, а также комбинированные образцы, состоящие из двух пластин, одна из которых изготовлена из сплава Д16Т, а вторая из сплава В95. В комбинированных образцах в растягиваемой области, где пластины соприкасаются, полагается, что трение, возникающее между их поверхностями, слабо влияет на результаты решения, то есть отсутствует задание каких-либо условий контакта. В области захватов пластины сильно прижимаются друг к другу и жестко фиксируются в захватывающих устройствах. В расчетах используются упругопластические параметры материалов, определенные из испытаний на растяжение гладких образцов без отверстий. Получено удовлетворительное совпадение экспериментальных данных с результатами расчета.
Разрушающая нагрузка, пластина, круглое отверстие, метод конечных элементов, пластичность, конструкционные сплавы, испытания на растяжение
Короткий адрес: https://sciup.org/14133446
IDR: 14133446 | УДК: 539.424 | DOI: 10.26732/j.st.2025.2.05
Determination of breaking load of plates with hole
Determining the failure load of aircraft components is a critical aspect of aircraft design and operation. Flight safety, component durability and economic efficiency of operation directly depend on the strength characteristics of materials and structures. In this connection, the problem of numerical and analytical calculation of destructive load is considered. The program implementing the algorithm of destructive load determination using the finite element method in Ansys package has been developed. Validation of the algorithm is performed on plates with a circular hole. Homogeneous plates made of D 16T and B 95 alloys, as well as combined specimens consisting of two plates, one of which is made of D 16T alloy and the other of B 95 alloy, were investigated. In the combined specimens, in the tensile region where the plates are in contact, it is assumed that the friction occurring between their surfaces has little effect on the solution results, i.e., there is no assignment of any contact conditions. In the gripping region,the plates are strongly pressed against each other and rigidly fixed in the gripping devices. The elastic-plastic parameters of the materials determined from tensile tests of smooth specimens without holes are used in the calculations. A satisfactory agreement between the experimental data and the calculation results is obtained.
Список литературы Определение разрушающей нагрузки пластин с отверстием
- Нормы летной годности гражданских легких самолетов: Авиационные правила, часть 23. СПб: ООО "СЗ РЦАИ", 2021.
- Стригунов В. М. Расчет самолета на прочность: учебник для авиационных вузов. М.: Машиностроение, 1984. 376 с.
- Леган М. А. Определение разрушающей нагрузки, места и направления разрыва с помощью градиентного подхода // Прикладная механика и техническая физика. 1994. Т. 35. № 5 (207). С. 117–124.
- Сойкин Б. М. К расчету разрушающей нагрузки в цилиндрической оболочке, деформируемой нормальной силой, распределенной по площади круга // Альманах современной науки и образования. 2013. № 3 (70). С. 169–171.
- Коробко А. В., Прокуров М. Ю. Определение разрушающих нагрузок для шарнирно и свободно опёртых по контуру пластинок, нагруженных сосредоточенной силой в центре, путём геометрического моделирования их формы // Вестник Брянского государственного технического университета. 2013. № 4 (40). С. 122–128.
- Цепенников М. В., Повышев И. А., Сметанников О. Ю. Верификация численной методики расчета разрушения конструкций из композиционных материалов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная математика и механика. 2012. № 10. С. 225–241.
- Гришин В. И., Глебова М. А., Дударьков Ю. И., Левченко Е. А., Лимонин М. В. Анализ прочности силовых элементов и металло-композитных соединений конструкции летательного аппарата // Космические аппараты и технологии. 2020. Т. 4. № 4 (34). С. 191–200.
- Котельников А. А., Натаров А. С. Исследование распределения напряжений, возникающих при нагружении, в сварных соединениях методом конечных элементов // Известия Юго-Западного государственного университета. 2019. Т. 23. № 4. C.19–30.
- Банщикова И. А., Расторгуев Г. И. Комплекс ANSYS: нелинейный прочностной анализ конструкций: учебное пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2015. 94 с.
- ГОСТ 1497–84 Металлы. Методы испытаний на растяжение – ВЗАМЕН ГОСТ 1497–73: Москва, 2005.
- Малинин Н. Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.: Машиностроение, 1975.
- Ивлев Д. Д., Ишлинский А. Ю. Статически определимые соотношения теории пластичности и предельное состояние и разрушение тел // Изв. РАН МТТ. 2003. № 3. C. 84–89.
- Ивлев Д. Д., Максимова Л. А., Непершин Р. И., Радаев Ю. Н., Сенашов С. И. Предельное состояние деформированных тел и горных пород. М.: Физматлит, 2008.
- Степнов М. Н., Шаврин А. В. Статистические методы обработки результатов механических испытаний. Справочник. М.: Машиностроение, 2005.
