Прочность многослойных пластин с ударными повреждениями

В.И. Митряйкин, О.Н. Беззаметнов

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ, г. Казань, 420111, Россия

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2541-7746.2022.2-3.206-220

Для цитирования: Митряйкин В.И., Беззаметнов О.Н. Прочность многослойных пластин с ударными повреждениями // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2022. – Т. 164, кн. 2–3. – С. 206–220. – doi: 10.26907/2541-7746.2022.2-3.206-220.

For citation: Mitryaykin V.I., Bezzametnov O.N. Strength of multilayered plates with impact damage. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki, 2022, vol. 164, no. 2–3, pp. 206–220. doi: 10.26907/2541-7746.2022.2-3.206-220. (In Russian)

Аннотация

В работе решена одна из актуальных проблем, связанная с оценкой влияния ударных повреждений на прочностные характеристики конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ). Ударные повреждения по своей форме и размерам для разных многослойных материалов имеют существенные различия. Это затрудняет расчет напряженно-деформированного состояния таких конструкций численными методами, поскольку достаточно трудно учесть в расчетах размеры и форму повреждения. Оценено влияние повреждений на остаточную прочность многослойных пластин при помощи корректировочной функции, определяемой экспериментально.

Проведены испытания образцов ПКМ на ударном стенде с падающим грузом. После ударных воздействий измерялись глубина вмятин и площади повреждений с помощью метода ультразвукового эхо-импульсного контроля. Для отдельных образцов проведена послойная оценка характера разрушений с применением метода рентгеновской компьютерной томографии. Установлена взаимосвязь размеров повреждений и энергии удара для различных ПКМ. Проведено испытание пластин с повреждениями на сжатие, получены значения предельных нагрузок, а также функции снижения несущей способности пластин в зависимости от величины энергии удара.

Ключевые слова: композиционные материалы, низкоскоростной удар, повреждения, неразрушающий контроль, сжатие после удара, несущая способность

Благодарности. Работа выполнена в рамках соглашения Минобрнауки № 075-02-2021-1546 от 22 июня 2021 г. в целях реализации мероприятий международного сотрудничества с Российско-Вьетнамским тропическим научно-исследовательским и технологическим центром.

Литература

1. Каблов Е.Н. Авиационное материаловедение в XXI веке. Перспективы и задачи // Авиационные материалы. Избранные труды ВИАМ 1932-2002. – М.: МИСИС-ВИАМ, 2002. – С. 23–47
2. Фегенбаум Ю.М., Дубинский С.В., Божевалов Д.Г., Соколов Ю.С., Метелкин Е.С., Миколайчук Ю.А., Шапкин В.С. Обеспечение прочности композитных авиационных конструкций с учетом случайных эксплуатационных ударных воздействий. – М.: Техносфера, 2018. – 506 с.
3. МОС 25.571. Оценка допустимости повреждений и усталостной прочности конструкции // Авиационные правила. Ч. 25: Нормы летной годности самолетов транспортной категории. Издание 5 с поправками 1–8. – М.: АВИАИЗДАТ, 2015. – С. 76–78.
4. Advisory Circular: Composite Aircraft Structure, AC No 20-107B, Change: 1. – Fed. Aviat. Adm., U.S. Dep. Transp., 2010. – 38 p.
5. Kan H.P., Cordero R., Whitehead R.S. Advanced Certification Methodology for Composite Structure: Fin. Rep. DOT/FAA/AR-96/111. – Fed. Aviat. Adm., U.S. Dep. Transp., 1997. – 161 p.
6. Сертификация агрегатов пассажирских самолетов из полимерных композиционных материалов: Науч.-техн. отчет. – Жуковский: ЦАГИ, 1992. – 132 с.
7. Ерасов В.С., Крылов В.Д., Панин С.В., Гончаров А.А. Испытания полимерного композиционного материала на удар падающим грузом // Авиационные материалы и технологии. – 2013. – № 3. – С. 60–64.
8. Pavelko I., Smolaninovs M. Equivalent hole as an evaluation criterion of a composite material residual strength after a low-speed impact // Mach., Technol., Mater.: Int. Virtual J. Sci., Tech. Innovations Ind. – 2010. – No 7. – P. 12–16.
9. Lopes C.S., Camanho P.P., Gonza´lez C. Advanced simulation of low-velocity impact on fibre reinforced laminates // Proc. 4th Int. Conf. on Impact Loading of Lightweight Structures (ICCILS 2014). – Project: VIRTEST – Multiscale Virtual Testing of CFRP Samples. Cape Town, 2014.
10. Zonghong X., Vizzini A.J., Qingru T. On residual compressive strength prediction of composite sandwich panels after low-velocity impact damage // Acta Mech. Solida Sin. – 2006. – V. 19, No 1. – P. 9–17. – doi: 10.1007/s10338-006-0602-z.
11. Gonza´lez E.V., Maim´ı P., Camanho P.P., Turon A., Mayugo J.A. Simulation of drop-weight impact and compression after impact tests on composite laminates // Compos. Struct. – 2012. – V. 94, No 11. – P. 3364–3378. – doi: 10.1016/j.compstruct.2012.05.015.
12. Linke M., Garcia-Manrique J.A. Contribution to reduce the influence of the free sliding edge on compression-after-impact testing of thin-walled undamaged composites plates // Materials. – 2018. – V. 11, No 9. – Art. 1708, P. 1–13. – doi: 10.3390/ma11091708.
13. Коноплев Ю.Г., Тильш А.П. Устойчивость цилиндрических оболочек с вырезами при кручении и внешнем давлении // Теория пластин и оболочек: Сб. аспирантских работ. – Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1972. – Вып. 2. – С. 159–165.
14. Митряйкин В.И., Догадкин В.Н., Беззаметнов О.Н., Иксанов Р.Ч. Испытание элементов конструкций с повреждениями // Итоги науки. Вып. 46: Избр. тр. Всерос. конф. по проблемам науки и технологий. – М.: РАН, 2020. – Вып. 46. – С. 9–31.
15. Прочность, устойчивость, колебания. Справочник в 3 т. / Под ред. И.А. Биргера, Я.Г. Пановко. – М.: Машиностроение, 1968. – Т. 3. – 568 с.

Поступила в редакцию

17.02.2022

Митряйкин Виктор Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры машиноведения и инженерной графики

Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ

ул. К. Маркса, д. 10, г. Казань, 420111, Россия

E-mail: vmitryaykin@bk.ru

Беззаметнов Олег Николаевич, кандидат технических наук, научный сотрудник Научно-исследовательской лаборатории № 6

Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ

ул. К. Маркса, д. 10, г. Казань, 420111, Россия

E-mail: bezzametnovoleg@mail.ru

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.