Оценка несущей способности ортотропных пластин со свободными и нагруженными отверстиями


Авторы

Вестяк В. А.1, Мартиросов М. И.1, Смагин Е. И.2*

1. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4
2. ПАО «Яковлев», Ленинградский проспект, 68, Москва, 125315, Россия

*e-mail: smagin_ei@mail.ru

Аннотация

Интенсивное внедрение ортотропных материалов в различных областях промышленности показывает большой потенциал полимерных композиционных материалов (ПКМ) по показателям прочности и весовой эффективности. В работе представлены результаты расчетно-экспериментальных исследований прочности ортотропных пластин со свободным и нагруженным отверстиями. Рассмотрены различные методы испытаний для образцов, моделирующих работу конструкции с проходящей и сминающей нагрузкой, а также образцы, моделирующие совместное действие указанных выше нагрузок. Для различных методов испытаний представлены виды образцов, схемы нагружения. На образцах со свободным и нагруженным отверстиями проведены экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) и остаточной прочности ПКМ на основе эпоксидной матрицы и высокомодульного углеродного волокна. Показаны особенности исследования несущей способности пластин и соединений при комбинированном нагружении. Проведено сравнение экспериментальных данных для различных схем армирования с учетом совместного действия смятия и проходящей нагрузки и без неё. Показано, что расчетные и экспериментальные результаты удовлетворительно согласуются между собой.

Ключевые слова:

полоса с отверстием, полимерные композиционные материалы, смятие, проходящая нагрузка, испытания, критерии разрушения ПКМ, напряженно-деформированное состояние, программный комплекс LS-DYNA

Список источников

  1. Форсайт развития авиационной науки и технологий до 2030 года и на дальнейшую перспективу / под общей ред. Д.В. Мантурова, Б.С. Алёшина, В.И. Бабкина и др. М. : ЦАГИ, 2014. 280 с.
  2. Васильев В.В. Механика конструкций из композиционных материалов. М. : Машиностроение, 1988. 272 с.
  3.  Глебова М.А., Гришин В.И., Гусева Н.В. Исследования видов разрушения болтовых соединений слоистых композитов // Ученые записки ЦАГИ. 2022. Т. LIII, № 1. С. 66–74.
  4.  Оценка прочности многорядных металлокомпозитных соединений авиационных конструкций / М.А. Глебова, В.И. Гришин, Н.В. Гусева, А.Г. Яшутин // Ученые записки ЦАГИ. 2020. Т. LI, № 2. С. 57–66.
  5. Исследование деформированного состояния зоны ремонта панели из полимерного композиционного материала / А.Ю. Ампилогов, Д.В. Дряницын, И.Н. Петунина, Е.И. Смагин // Труды ЦАГИ. 2018. № 2782. С.143–144.
  6. Расчетные исследования влияния некоторых видов эксплуатационно-технологических повреждений на несущую способность стрингерных панелей из ПКМ / Ю.И. Дударьков, Е.А. Левченко, М.В. Лимонин, А.В. Шевченко. Труды МАИ : электрон. журн. 2019. № 106. 24 с. URL: https://trudymai.ru/upload/iblock/93a/Dudarkov_Levchenko_Limonin_SHevchenko_rus.pdf?lang=ru&... (дата обращения 10.11.2025).
  7. Сопротивление материалов с основами теории упругости и пластичности / Г.С. Варданян, В.И. Андреев, Н.М. Атаров, А.А. Горшков. М. : изд-во АСВ, 1995. 572 c.
  8. Tan S.C., Kim R.Y. Strain and stress concentrations in composite laminates containing a hole // Experimental Mechanics. 1990. Vol. 30, iss. 4. P. 345–351. DOI 10.1007/BF02321502.
  9. ГОСТ 33375-2015. Метод испытания на растяжение образцов с открытым отверстием. М. : Стандартинформ. 2016. 11 с. 
  10. ГОСТ Р 56788-2015. Метод определения прочности при сжатии образцов ламинатов с открытым отверстием. М. : Стандартинформ, 2019. 23 с.
  11. ГОСТ 33498-2015. Метод испытания на смятие. М. : Стандартинформ, 2016. 20 с.
  12. ГОСТ Р 56790-2015. Метод определения прочности на смятие и трансферной прочности ламинатов, соединенных двумя болтами. М.: Стандартинформ, 2016. 35 с.
  13. Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. М. : Наука, 1977. 417 с.
  14. Несущая способность панелей из композиционных материалов при наличии эксплуатационных повреждений / В.И. Голован, Ю.И. Дударьков, Е.А. Левченко, М.В. Лимонин. Труды МАИ : электрон. журн. 2020. № 110. 26 с. DOI 10.34759/trd-2020-110-5. 
  15. Мартиросов М.И., Хомченко А.В. Расчетно-экспериментальное исследование поведения плоской подкрепленной панели из углепластика при ударе // Труды МАИ : электрон. журн. 2022. № 126. 20 с. DOI 10.34759/trd-2022-126-04.
  16. Camanho P.P., Lambert M. A design methodology for mechanically fastened joints in laminated composite materials // Composites Science and Technology. 2006. Vol. 66, iss. 15. P. 3004–3020. DOI: 10.1016/j.compscitech.2006.02.017. 
  17. Медведский А.Л., Мартиросов М.И., Хомченко А.В. Механика деформирования и разрушения полимерных композитов при наличии множественных расслоений произвольной формы под действием динамических нагрузок // Труды МАИ : электрон. журн. 2022. № 124. 40 с. DOI 10.34759/trd-2022-124-06.
  18. LS-Dyna : Keywords user’s manual. Volume I. Livermore Software Technology corp, 2016. 2682 p.
  19. Nguyen-Hoang M., Becker W. Closed-form stress solution for finite dimensions orthotropic composite laminate open holes FL 33 100- 36. Technical handbook. LTH Composite Design Criteria (FL), 2021.
  20. Смагин Е.И., Вестяк В.А., Мартиросов М.И. Несущая способность ортотропных пластин с прямыми и зенкованными отверстиями // Проблемы прочности и пластичности. 2025. Т. 87, № 2. С. 168–180. DOI: 10.32326/1814-9146-2025-87-2-168-180.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2026

 Вход