Расчетно-экспериментальное исследование деформированного состояния комбинированной конструкции несущей поверхности летательных аппаратов

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Механика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Том XXII
УЧЕНЫЕ 3АПНСМ ЦМН 1991
№ 6
УДК 629.7. 015.4. 023: 62−419. 8
РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ НЕСУЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Е. К. Липин, В. Ф. Мохов,'- И. Б. Перелшта, В. В. Чедрик
Приведены результаты расчетНо-эксперимеитальных исследований деформированного состояния комбинированной конструкции вертикального оперения, содержащего металлические и композиционные элемеиты. Показано, чтопро-. изведение при статических испытаниях распределеиных нагрузок на компози-циоиной обшивке в виде сосредоточенных сил не вносит заметной погреш^ности в определение деформаций. Сравнение по относительиым деформациям в композиционной обшивке, полученным из эксперимеита и расчета по методу конечных элементов, подтверждает правомочность моделирования композиционных панелей мембраиными конечными элементами с едииыми формами перемещений доя всех монослоев в пакете КМ.
Особенностью комбинироваииой конструкции несущей поверхности ЛА типа «металл — композит» является наличие в ней силовых элементов из металлических и композиционных материалов. Из-за различных коэффициентов безопасности при формировании расчетных иагрузок доя опре-делеиия несущей способности металлической и композициоиной частей комбииированиой конструкции возникают проблемы их воспроизведения в расчетах и статических испытаниях. Так как коэффициент безопасности доя композиционных конструкций имеет большее значение. чем ДОЯ металлических, то в процессе статических испытаний комбинированной коиструкции необходимообеспечить разгрузку ее металлических частей до соответствующих расчетиых нагрузок. Из-за ряда технических причин на практике не всегда удается воспроизвести в процессе испытаний разгрузку металлических частей комбинированной конструкции. В этих случаях оценка несущей сйособ-нвдш компшнцнонной частн может быть получена по результатам расчетно-экспернментальных исследований, включающих: расчеты иапряженио-деформированиого состояния (НДС) на расчетные иагрузки доя композиционной и металлической частей коиструкций- статические испыта-иия с тензометрией на расчетиые нагрузки с коэффициеитом безопасности доя металлической части- сопоставление результатов расче---а и эксперимента: анализ результатов и оцеика не^щей способности по соответствующим'- критериям, с использоваиием результатов испытаний образцин-свидетелеА доя определения жесткостиых и прочиостных характеристик КМ.
^ев^ШО, что при таком подходе оцеика иесущей спосООн^и может оыть получена лишь в случаеобоснования результатов рас^четов экспернментальными исследоваииями деформирован-иого с^остояиия коиструкции. В данной статье представлены результаты расчетно-экспериментальных исследований вертикального оперения комбинированной конструкции. Причем основное внимание уделено соп^амению расчетных н экспериментальных данных в случае нагружения равно-мерио распределений нагрузкой при различных способах ее воспроизведения в эксперименте и расчетах.
Ко. а^шш км^!.. я и ее к^м^^^^теая мть. Конструкция
оперения имела металлический каркас из алюминиевого сплава и композиционные углепластнковые (^МУ) панели. ОБшнвка панелей подкреплена стрингерами закрытого профиля из материала КМУ. Для расчета НДС данной комбинированной конструкции использовалась модель метода конечных элементов (МКЭ), реалнзованная в комплексе программ «АРГОН"*. Расчетная схема МКЭ,
• Е в с е е в д. Д., Л и пи н Е. К, Т и м о н и н А. С., Ч е д р и к В. В. Аэропрочностной проектировочный расчет конструкции ЛА.- М.: Труды ЦАГИ, 1991, вып. 2476.
представлеииая иа рис. 1, включала практически все конструктивные элементы опереиия с подробной конечно-элементной разбнвкой верхней и нижней композиционных па^мей и моделированием 30^^нн30тей навески руля высоты. Оперение в рас^ной схеме — крепил30ь на имитаторе жестк30тных характеристик фюзеляжа. Всего расчетная модель МКЭ содержала 730 узлов и со-^^^^танно 2190 неиз^етных перемещений и, 11, W.
Композиционные панели выполнены в виде многослойного пакета с мои^оями: 0(40%], + 45°|40%] и 900 [20%] отн30ительно заднеі& quot-О лонж^ода. 06шивка в Dасчетной схеме представлялась четырех н трех-узловыми мембранными конечными элемеитами. Прнчем в одних и тех же узлах объединялись по четыре элемента, чоделирующне указанные монослон Монтой имел следующие жестк30тные и массовые характеристики: Е» = 12 кг/мм2, ?" = кг/мм*, О, = кг/мм2, = 0,265, р = 1,5−106 кг/мм3. Композиционные стрингеры моделировались стержневыми элементами с модулем упру^ти Е = 12 кг/мм2. •'-
^"у& quot-'-таты н к^ед^мий. Для определения НДС комби-
ннрованной конструкции в расчетах и эксперименте рассматривался случай нагружения с равномерно распределенной нагрузкой. На рис. 1 показана схема размещения на боковой поверхн^н оперения одиночных тензодатчиков мя измерения относительных деформаций в обшивке КМ.
В эксперименте внешние нагрузки прикладывалнсь к одной нз поверхн^ей оперення в виде набора с30редоточенных сил, которые06ъедннялнсь в семь зон (рис. 1). Согласно п^^рамме статических нспытаний, в этих зонах контролировалась величина равнодействующих виешннх нагрузок. Расчет относн-тельных деформаций проводился как от с30редоточенных сил, так н распределенных нагрузок в внде равномерного давлення на боковой поверхн^и.
Сравнение расчетных н экспериментальных данных проводил30ь при эксплуатацноиных нагрузках (6791и. Прнм в выделенных 6 зонах на^ження на компознционной части оп^юния с учетом '- нх объединення в рычажной системе равнодеАствующне силы по отношению к суммарной нагрузке имелн следующне значення:
Яі.2.з = 0,3229, Я".8 = 0,5106, Яе = 0,1665.
В экспериментальной установке, спроектированной с учетом нескольких случаев нагр, ужения сдо'-ношение нагрузок в зонах составило:
Я і. гз = 0,2852, Я4.5 = 0,5438, Яе = 0,1710.
Расчет по. МКЭ мя на^зок. в30производнмых в эксперименте, и нагрузок, заданных '- программой статических нспытаний, позволил оценить влияние этих отклонений на относи'-тельные Деформации в конструкции оперения.
ерм… ражянх н мс^імнтимих значений д^^^мций в & gt-м^-
ц^м^й обшивке. Для сравнения расчетных н экспериментальных данных приияты линейные'- деформацин композиционной обшивки в направлении заднего лонжерона, что соответствует деформациям нулевых монослоев КМ в панелях оперення. Это связано прежде всего с тем, что деформацин являются первичными данными в эксперименте. И кроме того, в направленнн заднего лонжерона линейные деформацин при нзгнбе имеют макснмальные значения н поэтому измеряются с меньшей погрешн30тью. На рнс. 2−6 в пяти поперечных сеченнях представлены'- результаты расчета н экспернмента по определению линейных отн30нтельных деформаций нулевых слоев КМ мя трех
(ОО г
о х
Рис. 2
Рис. 4
РиС. 5
IM
конструкций. Сравнение данных результатов показывает, что мембранные конечные элементы с едиными формами перемещений для всех монослоев в пакете КМ поз^мили в расчетной схеме МКЭ получнть в комбинированной конструкции относительные деформации с отклонениями от экспериментальных значений, не превышающие 20%.
Кроме того, сравнение экспериментальных данных по линейным относительным деформациям в панелях трех конструкций показывает, ^ принятая технология изготовления комбинированной конструкции практически обеспечила идентичность ее изготовления в тех^могическом процессе.
… ¦ж а^. аеам. Влияние отклонений в нагрузках прн статических испыта-
ниях в случае п03онного нагружения определялось по результатам расчета методом конечных элементов относнтельных деформаций в обшивке опереиия, в принятом расчетном случае для двух вариантов воспроизведения:
1) нагрузки в эксперименте с отклонениями по зонам нагружения от заданных программой статических испытаний-
2) нагдозки, заданные программой статических испытаннй в виде п^оянного давления на поверхности оперения.
'-Суммарные нагрузкн: сила ??, нзгибающий Мизг и крутящий МКр моменты в рассмотренных вариантах имели следующне соотношения:
Я*/Я*= 1, Мяшг/Мшшг = 1. 013, М^р/М:р = 0,969.
На рис. 2−6 представлены распределения относнтельных деформаций в иулевых слоях для первого и второго вариантов нагружения. Из них следует, что имеющие место отклонения в воспроизведении нагрузок, судя по результатам расчета, практически ие повлияли на деформации в комбинироваиной конструкции. Следовательно, замена в эксперименте распределенных '- нагрузок с помощью лямок сосредоточенными силами не внесло заметной погрешности в определение деформированного состояния.
В результате проведенных расчетно-экспериментальных исследований комбиннровациой конструкции оперения установлено, что расчетная модель МКЭ с композиционными мембранны, и конечными элементами и стержнями, рзботающимн на растяжение — сжатие, может быть использована при оценке ее несущей способности. Для этого в расч^ напряженного стояния и оценке прочности необходимо испОЛЬЗоВ'-ать экспериментальные данные по определеиию жест-костных и прочностных характеристик КМ на образцах-свидетелях или образцах, изготовленных из панелей испытанной конструкции.
Рдо& gt-писъ поступиАЛ 12/ХИ 1989 г.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой