Автореферат (Изменение несущей способности авиационных конструкций из композиционных материалов в зависимости от силового воздействия)

На правахрукописи ЮРГЕНСОН СЕРГЕЙ АНДРЕЕВИЧ ИЗМЕНЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ АВИАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СИЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ Специальность 05.07.02 — Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 201б Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)». Научный руководитель: кандидат технических наук, старший научный сотрудник, доцент кафедры №104 «Технологическое проектирование и управление качеством», Васильев Сергей Леонидович Официальные оппоненты; Митрофанов Олег Владимирович - доктор технических наук, доцент, заместитель главного конструктора по прочности, заместитель начальника научно-исследовательского отдела прочности акционерного общества "Гражданские самолеты Сухого".

Стрижиус Виталий Ефимович — доктор технических наук, начальник департамента ресурса акционерного общества «Аэрокомпозит» Ведущая организация: Государственный научный центр Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный аэрогидроди нам ическнй институт имени профессора Н.Е.Жуковского» 9 р 29 ~60 2016 . 10.00 заседании диссертационного Совета Д212.125.10 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Московский авиационный институт (иациональный исследовательский университет)» по адресу: 125993, Москва, А-80, ГСП-З, Волоколамское шоссе, 4. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» и на сайте: 1>ггр://шайп>/етеп(з/де(епсе/.

201б г. Автореферат разослан «>> Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.125. 10, У"6, >. доцент -Д 6 069 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы диссертации. В настоящее время значительно выросла доля применения полимерных композиционных материалов (ПКМ) в авиационных конструкциях.

В современных гражданских самолетах объем их использования составляет более 50%ь в том числе за счет применения в особо ответственных конструкциях, к которым предъявляются повышенные требования в части подтверждения прочностных и эксплуатационных характеристик. Преимуьцествами ПКМ перед традиционными материалами являются: возможность регулирования свойств материала в различных направлениях; высокий процент использования материала; возможность изготовления конструкций двойной кривизны; повышенная удельная жесткость и широкий комплекс тепло- и электрофизических свойств.

При изготовлении конструкций из ПКМ одновременно происходит формирование материала, что позволяет рассматривать его как комплекс решений, в который входят армнрующий материал, связующее, укладка, тип технологического процесса и его параметры, а также конструктивные решения. Характерной особенностью ПКМ, по сравнению с металлическими материалами, является наличие внутренних дефектов, что требует применения неразрушающих методов контроля на большинстве этапов изготовления конструкции. Для ПКМ также свойственно наличие высокого разброса свойств при изготовлении (порядка 15-20'~о) и значительное влияние типа технологического процесса и его параметров на несущую способность конструкции.

Поэтому для подтверждения прочностных и эксплуатационных характеристик изделий из Г! КМ используется большой объем испытаний элементарных и конструктивно-подобных образцов, что увеличивает стоимость разработки. Снижение объемов испытаний, необходимых для определения н подтверждения несущей способности конструкции возможно при использовании математического н конечно-элементного моделирования конструкций, базирующихся на работах Бартенева Г.М., Васильева В.В., Дудченко А.А., Лурье С.А., Михайлина Ю.А., Победри Б.Е.

и др. Однако можно отметить: недостаточную изученность вопросов, связанных с физикой развития повреждений в ПКМ (особенно в части определения начала развития повреждений), а также необходимость верификации данных моделей из-за значительного отличия процессов разрушения и накопления повреждений для различных конструктивно-технологических решений. Под несущей способностью авиационных конструкций в работе понимается не только ее способность выдерживать нагрузку, но и отсутствие развития дефектов при силовом воздействии. Это оказывает существенное влияние на эксплуатационные характеристики, включая прочностные характеристики конструкции.

Выбору оптимальных конструктивно-технологических решений для повышения несущей способности авиационных конструкций посвящены теоретические и экспериментальные работы Брызгалина Г.И., Браутмана Л., Батаева А.А., Братухина А.Г., Берлина Ал. Ал., Васильева В.В., Воробья В.В., Гайдачук В.Е., Дудченко А.А., Карпова Я.С., Молодцова Г.А., Образцова И.Ф., Резниченко В.И., Сидоренко Ю.Н., Сироткина О.С., Фитцера Э. и др. Разработка и исследование композиционных материалов в настоящее время продолжается в большинстве ведущих научно-исследовательских и проектных организациях. С целью повышения точности определения несущей способности конструкций из ПКМ необходимо уточнение, расширение и обобщение возможностей математического аппарата и методов экспериментального исследования.

Одним из возможных путей исследования поведения конструкции при внешних воздействиях является совмещение прочностных испытаний и применение методов неразрушающего контроля. Такое решение позволяет получить значительный объем информации для анализа и определить процессы изменения в материале при воздействии нагрузки или факторов внешней среды. Исследования в этом направлении отражены в работах Ларина А.А., Ма1сеея А. К1спагг1 Н., Шилова А.И., А1 Бй|дапд и др. Следует отметить, что для ПКМ структура материала значительно влияет на несущую способность конструкции.

Это связано с наличием дефектов, полученных как при изготовлении, так и при эксплуатации. Все это определило направление диссертационной работы, посвященной разработке подхода и выбору критериев исследования конструктивно-технологических параметров конструкций из ПКМ при силовом воздействии для повышения несущей способности. щб у Г б авиационных конструкций за счет оценки изменений структуры материала при различных конструктивно-технологических решениях. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Провести анализ процессов проектирования и изготовления конструкций из ПКМ.

2. Проанализировать методы исследования внутренней структуры конструкций из ПКМ. 3. Разработать количественные параметры оценки состояния структуры материала, на основе выбранного метода неразрушающего контроля. 4. Разработать методику и техническое решение по исследованию состояния структуры материала конструкций из ПКМ при воздействии нагрузки. 5.

Провести апробацию предложенного решения и методики на основе элементарных образцов из ПКМ. Объектом исследования являются авиационные конструкции из полимерного композиционного материала. Предметом исследования являются процессы разрушения материала конструкции в зависимости от силового воздействия и конструктивно-технологических параметров. Наиболее существенные новые научные результаты, полученные автором и выдвигаемые на защиту: ° Количественные критерии, являющиеся дополнительным параметром оценки конструктивно-технологических решений и позволяющие анализировать процессы изменения структуры материала в авиационных конструкциях из ПКМ. ° Методика оценки изменений несущей способности авиационных конструкций посредством анализа поведения структуры материала в зависимости от силового воздействия на основе графических моделей накопления дефектов.

° Графические модели изменения количественных критериев в зависимости от силового воздействия и применяемых компонентов материала, характеризующие структурную плотность элементов авиационных конструкций. Научнан новизна диссертационной работы заключается в разработке новой методики оценки изменения несущей способности авиационных конструкций из композиционных материалов при силовом воздействии. Предлагаемая методика позволяет получить новые количественнзле характеристики развития внутренних дефектов и прогнозировать эксплуатационное состояние конструкции на ранних стадиях проектирования. Практическая ценность диссертационной работы. Результаты диссертационной работы могут быть использованы в ОКБ при принятии решения на начальных этапах разработки конструкции из ПКМ в части выбора материала и отработки технологических процессов производства.

Они позволяют проводить оценку поведения материала, уточнять существующие прочностные модели и количественно сравнивать существующие материалы и технологии с целью обоснования их выбора для конкретного элемента конструкции. Также результаты работы могут использоваться в проведении научно-исследовательских и поисковых работах в профильных НИИ.