Расчет НДС и оценка прочности сегментированной цилиндрической оболочки из композиционных материалов с металлическими вкладышами

Автор: Рогожникова Е.Н., Аношкин А.Н., Бульбович Р.В.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 1, 2022 года.

Бесплатный доступ

В работе рассматривается цилиндрическая сегментированная оболочка - баллон давления, изготовленный намоткой из однонаправленного ровинга. Оболочка имеет разную толщину и схему армирования по сегментам и металлические закладные элементы на переднем и заднем торцах оболочки для крепления крышек. Ставится задача расчета напряженно-деформированного состояния и оценки прочности оболочки при нагружении внутренним давлением. Для решения задачи разработана двухуровневая численная математическая модель оболочки. На первом уровне оболочка моделируется с использованием эффективных характеристик композиционного материала по сегментам. На втором уровне моделируется деформирование отдельных сегментов оболочки - передних и задних узлов стыка с металлическими закладными элементами и штифто-шпилечным соединением с явным описанием схемы армирования сегмента. Граничные условия для задачи деформирования сегмента определяются в результате расчета НДС оболочки по модели первого уровня. Проведено сравнение разработанной модели с результатами стендовых испытаний оболочки на действие внутреннего давления. По результатам решения задачи для сегментов оболочки выполнен анализ межслойных напряжений в зоне контакта композитная оболочка - металлический закладной и получены оценки прочности конструкции.

Еще

Слоистый композиционный материал, цилиндрическая оболочка, метод намотки, закладные элементы, штифто-шпилечное соединение, узел стыка, численные модели, метод конечных элементов, напряженно-деформированное состояние, межслойные напряжения, прочность

Еще

Короткий адрес: https://sciup.org/146282430

IDR: 146282430

Список литературы Расчет НДС и оценка прочности сегментированной цилиндрической оболочки из композиционных материалов с металлическими вкладышами

Полимерные композиционные материалы / С.Л. Баженов [и др.]. – Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2010. – 352 с.
Миллс Н. Конструкционные пластики – микроструктура, характеристики, применения. – Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2011. – 512 с.
Технические свойства полимерных материалов: учсправ. пос. / В.К. Крыжановский [и др.]. – СПб.: Изд-во «Профессия», 2003. – 240 с.
Соколовский М.И. Композиты – основной материал ракетного твердотопливного двигателестроения (опыт ОАО«НПО «Искра») // Ракетные двигатели и проблемы освоения космического пространства. Т. 1 / под ред. И.Г. Ассовского, О.Д. Хайдена. – М.: ТОРУС ПРЕСС, 2005. – 520 с.: ил. (Космический вызов ХХI века).
Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / Л.Н. Лавров, М.И. Соколовский, А.А. Болотов, В.И. Гапаненко. – М.: Машиностроение, 1993. – 215 с.
Сверхлегкие металлокомпозитные баллоны высокого давления для воздушных судов гражданской авиации / И.К. Лебедев, К.Н. Лебедев, Н.Г. Мороз, В.В. Никонов // Научный вестник ГосНИИ ГА. – 2015. – № 9. – С. 84–92.
Применение композитов в баллонах воздушных судов гражданской авиации / О.В. Дроздова, И.К. Лебедев, С.В. Лукьянец, В.В. Никонов // Научный вестник ГосНИИ ГА. – 2017. – № 16. – С. 45–50.
Flower H.M., Soutis C. Materials for airframes // Aeronautical Journal. – 2003. – Vol. 107, № 1072. – P. 331–341.
Образцов И.Ф., Васильев В.В., Бунаков В.А. Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов. – М.: Машиностроение, 1977. – 144 с.
Смердов А.А. Оптимизация композитных структур в ракетно-космической технике. – М.: МВТУ, 2019. – 150 с.
Смердов А.А., Шон Ф.Т. Анализ эффективности оптимальных композитных оболочек многостеночной и трехслойной схем для отсеков ракет-носителей и разгонных блоков // Конструкции из композиционных материалов. – 2016. – № 3 (143) . – С. 58–65.
Цифровое проектирование терморазмеростабильных конструкций из слоистого углепластика / В.А. Комаров, Е.А. Кишов, О.Г. Лайкова, А.А. Павлов // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. – 2021. – Т. 20, № 1. – С. 75–86.
Буланов И.М., Воробей В.В. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998. – 514 с.
Скудра А.М., Булавс Ф.Я. Прочность армированных пластиков. – М.: Химия, 1982. 216 с.
Аношкин А.Н., Ташкинов А.А. Прогнозирование несущей способности композитных фланцев корпусных деталей авиадвигателей. – Пермь. Перм. гос. техн. ун-т, 1998. – 101 с.
Сапожников С.Б. Дефекты и прочность армированных пластиков: монография / под ред. О.Ф. Чернявского. – Челябинск: ЧГПТУ, 1994. – 162 с.
Рогожникова Е.Н. Влияние кольцевых расслоений на прочность штифто-шпилечного соединения в органопластиковых корпусах // Вопросы оборонной техники. Сер. 15. Композиционные неметаллические материалы в машиностроении. – М.: НТЦ «Информатика» –– филиал ФГУП «НИИСУ», 2017. – № 2 (185). – С. 3–6.
Гагауз Ф.М. Проблемы технологии формирования соединительных узлов конструкций летательных аппаратов из композиционных материалов // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов. Сборник научных трудов. ХАИ. – 2012. – № 4 (72). – С. 15–20.
Вашуков Ю.А., Климов Е.А. Анализ и моделирование напряженно-деформированного состояния отверстий с подкреплением в листовых деталях из композиционных материалов // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. – 2018. – № 1 (25). – С. 89–104.
Насонов Ф.А. Подкрепление крепежных отверстий в композитных деталях с помощью установки неметаллических втулок термокомпрессионным способом // Перспективные материалы и структурообразующие технологии. – 2019. – С. 460–463.
Ужва А.В., Сергиенко А.В., Шаповаленко В.А. Особенности проектирования закладных элементов несущих систем, применяемых для разъемных соединений в композитных элементах // Автомобиле- и тракторостроение: материалы международной научно-практической конференции: в 2 т., Минск, 14–18 мая 2018 года / отв. ред. Д.В. Капский. – Минск: Белорусский национальный технический университет, 2018. – С. 70–72.
Степанец Д.В. Исследование влияния близкого расположения закладных втулок к торцу сотовой панели на ее прочность методом конечных элементов // Уральский научный вестник. – 2019. – Т. 6, № 3. – С. 63–65.
Расчет на прочность трехслойной конструкции и закладных элементов / Г.Д. Кесельман, И.И. Зимин, Е.Н. Данилов [и др.] // Конструкции из композиционных материалов. – 2006. – № 1. – С. 6–15.
Болотин В.В., Воронцов А.Н. Образование остаточных напряжений в изделиях из слоистых композитов в процессе отверждения // Механика полимеров. – 1976. – № 5. – С. 790–795.
Расчет технологических напряжений в процессе производства бипластмассовых труб / А.Н. Аношкин, А.А. Ташкинов, А.Ф. Ларионов, А.Б. Поспелов // Вестник ПГТУ. Полимерные материалы. – Пермь: ПГТУ. – 1997. – № 3. – С. 24–32.
Безмельницын А.В., Сапожников С.Б. Многомасштабное моделирование и анализ механизма возникновения технологических межслойных напряжений в толстостенных кольцах из стеклопластика // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2017. – № 2. – С. 5–22.
Сахабутдинова Л.Р., Сметанников О.Ю., Ильиных Г.В. Разработка методики расчета НДС композиционной оболочки в процессе изготовления // Прикладная математика и вопросы управления. – 2019. – № 3. – С. 84–99. DOI 10.15593/2499-9873/2019.3.05.
Бегеев Т.К., Гришин В.И., Литвинов В.Б. Исследование контактного взаимодействия в механических и клеевых соединниях // Ученые записки ЦАГИ. – 1992. – Т. 23, № 1. – С. 104–108.
Макаров В.Ф., Мешкас А.Е., Ширинкин В.В. Оптимизация процесса обработки высокотехнологичных композиционных материалов методом фрезерования // Современные тенденции в технологиях металлообработки и конструкциях металлообрабатывающих машин и комплектующих изделий: материалы VII Всеросийской науч.-техн. конф. (Уфа, 23–24 марта 2017 г.) / Уфим. гос. авиац. техн. ун-т. – Уфа, 2017. – С. 9–17.
Абовский Н.П., Андреев Н.П., Деруга А.П. Вариационные принципы теории упругости и теории оболочек. – М.: Наука, 1978. – 287 с
Аношкин А.Н. Микромеханический анализ неупругого деформирования однонаправленных волокнистых композитов при многоосном нагружении и сдвиге // Механика композитных материалов. – 2003. – Т 39, № 5. – С. 575–586.
Аношкин А.Н. Модели нелинейного деформирования и разрушения композиционных материалов и конструкций // Вестник ПГТУ. Динамка и прочность машин. – Пермь: ПГТУ. – 2001 – № 2. – С. 11–19.
Басов К.А. ANSYS для конструкторов. – М.: ДМК Пресс, 2016. – 247 с.
Бульбович Р.В., Ознобишин А.Б., Рогожникова Е.Н. Численно-экспериментальное исследование многослойных цилиндрических корпусов с локальными расслоениями // Вестник ПНИПУ Аэрокосмическая техника. – 2020. – № 63. – С. 40–51.
Карташова Е.Д., Муйземнек А.Ю. Технологические дефекты полимерных слоистых композиционных материалов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2017. – № 2. – С. 79–89.
Гриневич Д.В., Яковлев Н.О., Славин А.В. Критерии разрушения полимерных композиционных материалов (обзор) // Труды ВИАМ. – 2019. – № 7 (79). – С. 92–111. – DOI 10.18577/2307-6046-2019-0-7-92-111.

Еще

Статья научная