ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................................... 6
Глава 1 Обзор современных проблем проектирования и поверочных расчетов
композитных панелей больших толщин с учетом дефектов .............................. 16
1.1 Обзор современных проблем и задач при параметрической оптимизации
силовых элементов и агрегатов авиационных конструкций ................................. 16
1.2 Обзор современных проблем и задач при численном моделировании
низкоскоростных ударных воздействий на композитные панели ........................ 19
1.3 Обзор современных проблем и задач при аналитическом и численном
моделировании потери устойчивости композитных панелей больших толщин 22
1.4 Заключение по главе 1 ......................................................................................... 25
Глава 2 Разработка методики проектирования толстостенного композитного
кессона крыла широкофюзеляжного дальнемагистрального самолёта с
учетом дефектов .......................................................................................................... 27
2.1 Дефекты 1-ой категории...................................................................................... 27
2.2 Композитные панели больших толщин ............................................................. 29
2.3 Разработка математической модели для параметрической оптимизации ..... 32
2.4 Параметрическая оптимизация .......................................................................... 33
2.5 Методика проектирования толстостенного композитного кессона крыла
учетом дефектов ......................................................................................................... 35
2.1 Заключение по главе 2 ......................................................................................... 39
Глава 3 Разработка и апробация методики численного моделирования
низкоскоростных ударных воздействий на композитные панели кессона
крыла больших толщин ............................................................................................. 40
3.1 Сравнительная оценка математических моделей полимерного
композиционного материала с реализацией трехмерного напряженно
3
деформированного состояния при моделировании низкоскоростного ударного
воздействия ................................................................................................................. 40
3.1.1 Основная концепция метода перемещений в МКЭ .......................................... 41
3.1.2 Постановка задачи динамики деформируемого твердого тела ....................... 43
3.1.3 Пользовательская подпрограмма VUMAT ........................................................ 45
3.1.4 Построение математической модели для нанесения дефекта 1-ой категории
......................................................................................................................................... 52
3.1.5 Анализ математической модели ......................................................................... 56
3.1.6 Заключение по разделу 3.1 .................................................................................. 60
3.2 Расчетно-экспериментальное исследование композитных панелей с учетом
дефектов ...................................................................................................................... 61
3.2.1 Испытания толстостенной композитной подкрепленной стрингерной панели
......................................................................................................................................... 61
3.2.2 Расчетная математическая модель ..................................................................... 65
3.3 Подход к моделированию дефектов 1-ой категории в панелях из полимерных
композиционных материалов в оболочечной линейной статической
математической модели ............................................................................................ 78
3.3.1 Апробация расчетной методики по моделированию низкоскоростных
ударных воздействий на композитную панель .......................................................... 79
3.3.2 Определение упругих характеристик исследуемой зоны композитной панели
с нанесенным дефектом 1-ой категории ..................................................................... 84
3.3.3 Определение уровня деградации упругих свойств композитных панелей
больших толщин под воздействием низкоскоростных ударных воздействий в
зависимости от укладки панели ................................................................................... 88
3.4 Заключение по главе 3 ......................................................................................... 95
4
Глава 4 Исследование влияния низкоскоростных ударных воздействий на
остаточную прочность и критическую силу потери устойчивости панелей
кессона крыла больших толщин с учетом деформаций поперечного сдвига. 96
4.1 Расчетное исследование устойчивости композитных ортотропных панелей
больших толщин с учетом деформаций поперечного сдвига при сжимающих и
сдвиговых нагрузках .................................................................................................. 96
4.1.1 Аналитические расчеты ....................................................................................... 97
4.1.2 Численные подходы ........................................................................................... 102
4.1.3 Результаты математического моделирования ................................................. 108
4.1.4 Заключение по разделу 4.1 ................................................................................ 116
4.2 Эмпирическое исследование по определению дополнительного
коэффициента запаса по потере устойчивости композитных панелей больших
толщин при сдвиговых и сжимающих нагрузках с учетом низкоскоростных
ударных воздействий, приводящих к дефектам 1-ой категории ........................ 118
4.2.1 Заложение дефектов 1ой категории в расчетную математическую модель 118
4.2.2 Результаты математического моделирования ................................................. 120
4.2.3 Выявление эмпирического дополнительного коэффициента запаса по потере
устойчивости композитных панелей больших толщин при сдвиговых и
сжимающих нагрузках с учетом низкоскоростных ударных воздействий ........... 128
4.2.4 Заключение по разделу 4.2 ................................................................................ 131
4.3 Заключение по главе 4 ....................................................................................... 132
Глава 5 Параметрическая оптимизация толщин и шага стрингеров кессона
крыла широкофюзеляжного самолета с ограничениями по сжимающим и
растягивающий деформациям, а также по потере устойчивости при сжатии и
сдвиге с учетом повреждений 1ой категории ...................................................... 134
5
5.1 Применение метода параметрической оптимизации в задачах проектирования
композитных кессонов крыла широкофюзеляжных самолетов с ограничениями
по статической прочности и потере устойчивости .............................................. 134
5.1.1 Построение математической модели для параметрической оптимизации .. 134
5.1.2 Нагрузочные режимы ........................................................................................ 135
5.1.3 Настройки параметрической оптимизации ..................................................... 136
5.1.4 Оптимизация шага стрингеров ......................................................................... 137
5.1.5 Результаты параметрической оптимизации .................................................... 139
5.2 Заключение по главе 5 ....................................................................................... 142
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................... 143
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ....................................................................................... 145
ПРИЛОЖЕНИЕ
Акт внедрения результатов диссертационной работы ...................................... 158
