Полимерные композитные материалы (ПКМ) отличаются высокой удельной прочностью и жёсткостью, а также стойкостью к циклическим нагрузкам. Однако, чувствительность к ударным воздействиям из плоскости, а также большое количество форм разрушения являются одним из наиболее существенных недостатков, препятствующих распространению их использования в основных силовых элементах современной авиационной техники. Работы по подтверждению соответствия материалов данного типа сертификационным требованиям не могут быть ограничены только натурными испытаниями из-за наличия бесконечного количества комбинаций структур материала. Весьма актуальной является разработка методики конечно-элементного моделирования ПКМ для расчёта ударных повреждений от различных ударных воздействий. В данной работе рассмотрено влияние числа ледяных градин сферической формы, воздействующих на цилиндрическую шарнирно-опёртую панель из ПКМ, на повреждения монослоёв панели. Град смоделирован с помощью метода гидродинамики сглаженных частиц (SPH). Конечно-элементное моделирование панели проведено послойно объёмными элементами в программном комплексе LS-Dyna (Ansys Inc.). Особенностью модели материала монослоёв панели является линейная зависимость жёсткости элемента от его деформации. Модель материала межслоевого соединения имеет билинейную зависимость силы сцепления от расслоения. Получены зависимости кинетической энергии и контактной силы града с панелью от времени для случаев воздействия на панель одной, двух и трёх градин, а также зависимости перемещений точек контакта от времени. Повреждения в панели оценивались по коэффициентам деградации материала монослоёв. Для всех рассмотренных случаев ударного воздействия в графической форме показан процесс взаимодействия панели из ПКМ и града.
В данной работе проводится численный анализ ударного взаимодействия множественных фрагментов авиационного пневматика и панели из ПКМ. Разработана методика послойного моделирования панели из ПКМ c помощью средств Simcenter 3D (Siemens PLM Software) и Simcenter Femap (Siemens PLM Software) с учетом межслоевого соединения. Рассмотрено подробное моделирование фрагмента авиационного пневматика, при котором принята во внимание его неоднородная структура. Расчет выполнен в LS-Dyna (ANSYS Inc.). Анализ проведен для четырех случаев нагружения: на панель воздействуют один, три, пять и семь хаотично расположенных фрагментов пневматика, скорости которых направлены по нормали к ее поверхности.
Проведенные расчетно-экспериментальные исследования показывают, что ортотропные пластины подвержены сильному влиянию геометрических концентраторов и типа соединения. Введение потайного крепежа в односрезном соединении снижает несущую способность относительно прямого отверстия и не может быть учтена путем пропорционального пересчета на уменьшенную площадь сечения. Данный подход на примере изучаемого ортотропного материала на основе эпоксидной матрицы и высокомодульного волокна (ПКМ типа углепластика) позволяет значительно увеличить площадь области несущей способности. Выполненные расчеты несущей способности образцов показал, что моделирование эксперимента дает приемлемый уровень погрешности (около 15%) и может быть использован при проведении дальнейшей работы по оценке совместного влияния смятия и проходящей нагрузки на несущую способность соединения.
The influence of defects (splitting) on the stress–strain state of a three-layer cylindrical panel under the action of an aircraft engine jet is studied numerically, by the finite-element method. Two versions of honeycomb filler are considered. The polymer’s sheathing consists of individual polymer composite layers. Results for panels with and without defects are compared.
The influence of internal defects (interlayer peeling) on the stress–strain state of a plane rectangular three-layer panel is studied numerically, by the finite-element method. The supporting outer layers of the three-layer package consist of polymer composite; various honeycomb fillers are considered. The results for polymer- and glass-based fillers are compared with one another and also with results for similar defect-free three-layer panels.
В работе проводятся исследования по оценке влияния внутренних дефектов типа расслоений различного размера и расположения на деформирование и разрушение слоистых элементов конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ). Действующая нагрузка - динамическая. Для оценки прочности рассматриваемых элементов конструкций используются следующие критерии разрушения для ПКМ [1-5]: Hashin, Chang-Chang, Puck, LaRC03 (Langley Research Center), Fischer.
The aim of the work is to study the effect of interlayer defects of the bundle type on the behavior of a rectangular flat three-layer panel with a honeycomb filler under the influence of a dynamic impact load. Methods. The problem was solved numerically using the finite element method in the Simcenter Femap and LS-DYNA (Livermore Software Technology Corp.) software complexes. For this purpose, a geometric model of a panel with a honeycomb placeholder was developed. Based on the geometric model, a finite element model of the panel was created using three-dimensional finite elements. In the software complexes, the finite element model was calculated under specified boundary conditions, then the stress fields and fracture indices in the panel were determined, taking into account and without taking into account damage. Results. The stress fields in the panel are numerically determined with and without defects. The fields of the failure indices of the panel layers under the impact load are investigated using various failure criteria (Puck, Hashin, LaRC03 (Langley Research Center)) of polymer composite materials. The analysis of the influence of a defect on the behavior of a honeycomb panel under the impact load is carried out.
Aims of research. Polymer unidirectional composite laminate panel behavior with interlaminate defects under action of different dynamic loads is consider. Methods. Normal modes and eigenvalues of rectangular composite panels in the presence multiple delamination different sizes ellipsoidal form are calculated. The dependences of the maximum deflections from the frequency of the stationary pressure field action are constructed. Distribution field of panels plies failure index under action of nonstationary pressure field by using different failure criteria for composites is determined. Results. Modeling methodology composite panels behavior in the presence multiple interlaminar defects under action of different dynamic loads is developed. Analysis of failure panel with the use of different failure criteria for composites is carried out.
The influence of powder coatings based on an epoxide polyester mixture on the mechanical properties of the plates made of rolled sheet steel is studied. The influence of 100-μm-thick coatings on the mechanical properties of specimens 0.7–1.5 mm thick is considered. The bending and tensile tests performed at room and elevated temperatures show that the thin coatings weakly affect the mechanical properties of the plates. In particular, the stiffness of the coated plates during tension and bending remains almost the same despite the fact that the elastic modulus of the coated plates is always slightly lower than Young’s modulus of steel because of an increased specimen thickness determined with allowance for the presence of a coating. The influence of the coatings is substantial in compressive stability tests. Under supercritical deformation conditions, the bearing capacity of the coated plates decreases substantially, and their critical stability load on the loss of stability falls by 20–30% (depending on the substrate thickness). This effect can be explained by the influence of the residual thermal stresses that appear in the specimens during coating deposition.
Nanoindentation of the surface of powder epoxy−polyester-based paint-and-lacquer coatings, deposited on a steel substrate, is described. The effect of the testing method on the identified mechanical properties is analyzed. The measurement results, obtained by a spherical indenter and a Berkovich indenter, are compared. The reduced modulus of elasticity, Young modulus, and hardness of the coatings are evaluated. The obtained experimental data demonstrate a substantial dependence of the determined mechanical properties of the powder coating on the type of the indenter. When a Berkovich indenter is used, the found Young modulus for coatings (0.6 GPa) is underrated in relation to the properties of the coatings, known from macro experiments (3 GPa). When a spherical indenter is used, the Young modulus is overrated (6.3 GPa).
The results of experimental identification of elastic modulus and Poisson's ratio of thin polymeric covers on the surface of the flat specimens of steel 08-OP are presented. The values of elastic modulus were determined with the rule of the mixtures by the standard tests of the specimens with the covers at the tension and four-point bending. The values of the Poisson's ratio were obtained on the base of the comparison of the tests results and the computer modeling of the bending process the studied specimens. It was shown that both methods give us the narrow values of elastic characteristics for different modifications of the studied covers.
