Учет анизотропии механических характеристик короткоармированных композиционных материалов при топологической оптимизации силовых конструкций
Автор: Куркин Евгений Игоревич, Кишов Евгений Алексеевич, Спирина Мария Олеговна
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Информатика, вычислительная техника и управление
Статья в выпуске: 5 т.21, 2019 года.
Бесплатный доступ
Представлена методика учета анизотропии механических характеристик короткоармированных композиционных материалов при топологической оптимизации силовых конструкций. Проведено сравнение результатов топологической оптимизации кронштейна в изотропной и ортотропной постановках. В качестве материала использовался полиамид-6, армированный 50% короткими стеклянными волокнами. Оценено влияние анизотропии механических характеристик материала на результаты топологической оптимизации. Показано, что ортотропный характер материала приводит к ориентации силовых элементов конструкции вдоль направления максимальной жесткости материала. На основе результатов топологической оптимизации с учетом технологических ограничений построены трехмерные геометрические модели кронштейна. Проведен поверочный расчет с учетом нелинейности и анизотропности материала и предсказанной с помощью расчета литья пластины-заготовки структуры армирования. Проведенные расчеты подтверждены экспериментально, путем проведения испытаний кронштейнов из материала Армамид ПА6 СВ 50-1 на универсальной сервогидравлической машине MTS 793.
Композиционный материал, короткие волокна, топологическая оптимизация, анизотропия
Короткий адрес: https://sciup.org/148314202
IDR: 148314202 | УДК: 629.7.01
Consideration of anisotropy of the mechanical characteristics of short fibers reinforced composite materials in power structures topological optimization
A technique for consideration of anisotropy of the mechanical characteristics of short fibers reinforced composite materials in power structures topological optimization is presented. The results of bracket topological optimization in isotropic and orthotropic cases are compared. Polyamide-6 reinforced with 50% short glass fibers was used as the material. The influence of the mechanical characteristics anisotropy the on the results of topological optimization is estimated. It is shown that the orthotropic nature of the material leads to the orientation of the structural elements along the direction of maximum material stiffness. Based on the results of topological optimization, taking into account technological limitations, three-dimensional geometric models of the bracket are constructed. A verification calculation was carried out taking into account the nonlinearity and anisotropy of the material and the reinforcement structure predicted by calculation of plate-blank molding. The calculations are confirmed experimentally by testing brackets made of Armamide PA6 CB 50-1 material on a universal servo-hydraulic machine MTS 793.
Список литературы Учет анизотропии механических характеристик короткоармированных композиционных материалов при топологической оптимизации силовых конструкций
- Комаров В. А., Кузнецов А. С. Выбор облика летательного аппарата с использованием технологии многодисциплинарной оптимизации / СГАУ, - Самара, 2012.
- Головченко Я.О. Выбор рациональных конструктивно-силовых схем агрегатов самолета из композитов // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии № 63, 2014. - С. 5-11
- Редько А.А. Выбор в первом приближении конструктивно-силовой схемы крыла на этапе эскизного проектирования // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии № 62, 2013. - С.13-20
- Комаров В.А. Проектирование силовых схем авиационных конструкций // Актуальные проблемы авиационной науки и техники. М.: Машиностроение, 1984. С. 114-129.
- Комаров В.А. Рациональное проектирование силовых авиационных конструкций: дисс.. докт. техн. наук. - Московский авиац. ин-т - Москва, 1976. - 329 с.