Напружено-деформований стан багатошарових адгезійних з’єднань композитних деталей при термомеханічному навантаженні - Автореферат

Розшарування є одним із найпоширеніших видів руйнації композитных деталей, тому визначення напружено-деформованого стану (НДС) адгезійних зєднань стало найважливішою проблемою конструкцій із КМ. Існуючі на даний момент численні методики визначення НДС засновані на рішенні систем диференційних рівнянь, що в аналітичному виді можливо лише для деяких окремих випадків, а застосування чисельних методів (методів кінцевих елементів, кінцевих різниць і т.п.) обмежено через трудності їх використання при проектуванні і їх відносній громіздкості. Таким чином є актуальною необхідність розробки інженерної аналітичної методики визначення НДС багатошарових адгезійних зєднань із будь-якою кількістю деталей що зєднуються, яка володіє достатньою точністю при максимально можливому урахуванні чинників, що впливають на НДС зєднання. Мета дисертації складається в оперативному інженерному аналізі і виборі конструктивно-жорсткісних параметрів багатошарових адгезионных зєднань деталей із композиційних матеріалів на основі розроблених уніфікованих методик визначення їхнього напружено-деформованого стана. Для досягнення поставленої цілі необхідно вирішити такі задачі: - на підставі одномірної й умовно двовимірній розрахункових схем синтезувати дві методики визначення НДС багатошарових адгезійних зєднань з урахуванням різниці коефіцієнтів Пуассона і лінійного температурного розширення матеріалів;У вступі викладений сучасний стан проблеми, актуальність дослідження, сформульовані ціль і задачі дисертації, наукова новизна, практична значимість роботи, особистий внесок здобувача, наведені свідчення про апробацію роботи, публікаціях, структурі й обсязі дисертації.Істотна різниця коефіцієнтів лінійного температурного розширення деталей і коефіцієнтів Пуассона прошарків (груп прошарків) із різноманітними кутами армування (структурою) призводить до виникнення термомеханічних напруг в адгезійних зєднаннях, що необхідно враховувати при проектуванні структури КМ. У перший - деформація зсуву сполучного прошарку зосереджена в клейовому прошарку, а в другий, запропонованої Фолькерсеном, у приведеному сполучному прошарку, що включає клейовий прошарок і половини товщин деталей, що примикають до нього. Вирішивши рівняння (6), знаходимо нормальні зусилля в деталях що зєднуються: (7) де Уклавши систему рівнянь рівноваги елементів деталей (1) і з урахуванням рівнянь сумісності деформацій і фізичного закону (2), а так само рівняння рівноваги відсіченої частини (4), для двошарового зєднання одержана основна система диференційних рівнянь: З урахуванням рівнянь рівноваги елементів деталей і рівнянь рівноваги відсіченої частини одержуємо систему двох рівнянь із двома невідомими. На підставі цього обрані три тестових приклади: тонкоплівочна структура сонячної батареї космічного апарата “Мікроспутник” (при істотній різниці фізико-механічних властивостей сусідніх прошарків, товщини деталей що зєднуються порівнянні, а іноді і менші товщин клейових прошарків); багатошарова конструкція крила винищувача С-37 (є клейовим зєднанням із пятьма групами прошарків однотипної укладки, яке знаходиться під дією комплексного термомеханічного навантаження) і конструкція стулок вантажного відсіку космічного корабля “Space Shuttle” (металева панель із накладкою з КМ із достатньо великим значенням товщин деталей що зєднуються ).У відповідність із поставленою ціллю, в дисертації одержани такі нові наукові і практичні результати: На підставі одновимірної і квазідвовимірній розрахункових схем синтезовані інженерні аналітичні методики визначення НДС багатошарових адгезійних зєднань з урахуванням коефіцієнтів Пуассона і лінійного температурного розширення матеріалів із будь-якою кількістю прошарків у зєднанні. Досліджено вид коренів характеристичного рівняння, одержаного при рішенні системи диференційних рівнянь, що описують НДС багатошарових адгезійних зєднань. Запропоновано комплекс програм для визначення НДС зєднань будь-якого порядку і показана можливість уніфікації програмного забезпечення, призначеного для проектування або аналізу адгезійних зєднань. Виявлено основні чинники, що впливають на НДС багатошарових адгезійних зєднань, і проведено дослідження впливу різноманітних параметрів зєднання на НДС для двох випадків навантаження (температурне і механічне навантаження). Зроблено аналіз багатошарових конструкцій, що зустрічаються в конструкції ЛА і виділені три характерні класи багатошарових структур, що найбільш часто зустрічаються, у залежності від співвідношення товщин деталей, що зєднуються і клейових прошарків і зроблені визначення й аналіз їх НДС, на підставі чого зроблено висновок про придатність аналізованих аналітичних моделей для визначення й аналізу НДС широкого класу багатошарових структур.

ОСНОВНИЙ зміст РОБОТИ