Геометрическое моделирование трехслойных конструкций

проектирование и производство летательных, аппаратов, космические исследования и проекты

УДК 621.9.06.

ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРЕХСЛОЙНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

А. П. Попова, И. А. Дубровина, Л. А. Бабкина

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: l_babkina@mail.ru

Рассматриваются особенности трехмерного геометрического моделирования конструкций трехслойных пластин с разной формой ячейки дискретного заполнителя. Выполнено исследование напряженно-деформированного состояния, проведен расчет на устойчивость. В результате исследования получены эпюры напряжений, перемещений и деформаций и значения критической нагрузки.

Ключевые слова: численное моделирование, напряженно-деформированное состояние, трехслойная пластина.

GEOMETRIC SIMULATION OF SANDWICH PLATES

A. P. Popova, I. A. Dubrovina, L. A. Babkina

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: l_babkina@mail.ru

The paper studies stress-strain state of the sandwich plates with a different discrete filler under pressure. Investigation of the stress-strain state and the calculation of the stability are performed. Results of the research are graphs of equivalent stress, strain, displacement and the value of the critical load on the plate.

Keywords: numerical modeling, stress-strain state, sandwich plates.

Трехслойные панели с заполнителем широко применяются при изготовлении элементов конструкций летательных аппаратов, таких как фюзеляж, шпангоуты, обтекатели антенн и др. [1]. Их применение обусловлено малой массой, высокой экономичностью конструкции и высокими жесткостными характеристиками.

В настоящее время существует большое разнообразие дискретных заполнителей, имеющих самые различные конструктивные формы и структуры. Наибольшее распространение получили сотовые заполнители с шестигранной формой ячейки из различных материалов.

В расчетах конструкций сотовый заполнитель рассматривается как некоторый условный, однородный по объему ортотропный заполнитель, имеющий заметную упругую анизотропию. Варьируя геометрией ячейки дискретного заполнителя, можно добиться необходимых жесткостных характеристик конструкции [1-3].

С внедрением CAD/CAE-систем стало возможным проведение комплексного геометрического и конечно-элементного моделирования при проектировании трехслойных конструкций.

В работе исследуется напряженно-деформированное состояние трехслойных конструкций, геометрические модели которых созданы в пакете SolidWorks и приведены на рис. 1 и 2. Конечно-эле-

ментное моделирование проводилось в пакете SolidWorks Simulation [4; 5].

Дискретизация модели осуществлялась оболо-чечными типами конечных элементов с параболическим полем перемещения.

В качестве материала несущих слоев был выбран стеклопластик с ЕНС = 5,2-1010 Н/м2, заполнителя - алюминиевая фольга с Е3. = 6,9-1010 Н/м2 и v = 0,33. Пластина закреплена по кромкам нижнего несущего слоя и нагружена распределенным давлением.

В результате исследования напряженно-деформированного состояния получены эпюры напряжений, перемещений (рис. 3-4) и деформаций сотовых панелей.

Результаты численного исследования напряженно-деформированного состояния и потери устойчивости трехслойных панелей с разной формой ячейки дискретного заполнителя представлены в таблице.

Результаты исследований показывают, что, варьируя геометрией ячейки дискретного заполнителя трехслойных панелей, можно управлять весовыми и жесткостными характеристиками конструкции. Результаты численного моделирования имеют хорошую сходимость с аналитическим решением.

Представленная методика численного исследования может использоваться в учебном процессе при изучении дисциплины «Механика трехслойных конструкций» [1-3].

<Тешетневс^ие чтения. 2016

Рис. 1. Дискретный заполнитель с шестигранной формой ячейки

Рис. 2. Дискретный заполнитель с круглой формой ячейки

I

Рис. 3. Эпюры перемещения трехслойной конструкции с шестигранной формой ячейки дискретного заполнителя

Рис. 4. Эпюры перемещения трехслойной конструкции с круглой формой ячейки дискретного заполнителя

Результаты исследований трехслойных панелей с разной формой ячейки дискретного заполнителя

Параметр Трехслойная конструкция с шестигранной формой ячейки Трехслойная конструкция с круглой формой ячейки

Максимальное напряжение по von Mises 2.151е + 008, Н/м2 2.345 + e007, Н/м2

Максимальное премещение 9.245e-001, мм 4.337e-002, мм

Максимальная деформация 4.934e-003 5.472e-001

Максимальная критическая нагрузка 2094,1 Н/м2 4460,1 Н/м2

Библиографические ссылки

1. Кобелев В. Н. Расчет трехслойных конструкций. М. : Машиностроение, 1984. С. 12-13.

2. Гладков Ю. А. Особенности расчета сотовых конструкций. Теория и практика проектирования пассажирских самолетов. М. : Наука, 1976. С. 278-290.

3. Панин В. Ф., Гладков Ю. А. Конструкции с заполнителем : справ. М. : Машиностроение, 1991. 272 с.

4. Алямовский А. А. Инженерные расчеты в SolidWorks Simulation. М. : ДМК пресс, 2013. 445 с.

5. Алямовский А. А. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике. СПб. : БХВ-Петербург, 2005. 800 с.

References

1. Kobelev V. N. Raschet trekhsloynykh konstruktsiy [Calculation of sandwich structures]. M. : Mashinostroenie, 1984. 304 p.

2. Gladkov Yu. A. Osobennosti rascheta sotovykh konstruktsiy. Teoriya i praktika proektirovaniya passazhirskikh samoletov [Features of the calculation of cell structures. Theory and practice of designing passenger aircraft]. M. : Nauka, 1976. P. 278-290.

3. Panin V. F., Gladkov Yu. A. Konstruktsii s zapolnitelem [Design with filler]. M. : Mashinostroenie, 1991. 272 p.

4. Alyamovskiy A. A. Inzhenernye raschety v SolidWorks Simulation [Engineering calculations in SolidWorks Simulation]. M. : DMK press, 2013. 445 p.

5. Alyamovskiy A. A. SolidWorks. Komp'yuternoe modelirovanie v inzhenernoy praktike. [SolidWorks. Computer simulation in engineering practice]. SPb. : BKhV-Peterburg, 2005. 800 p.

© Дубровина И. А., Попова А. П., Бабкина Л. А., 2016