ВЫБОР ПОВЕРХНОСТИ ПРИВЕДЕНИЯ ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКТИВНО-АНИЗОТРОПНЫХ ПАНЕЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ОГРАНИЧЕНИЯМИ ПО УТОЧНЁННОЙ ТЕОРИИ УСТОЙЧИВОСТИ

Сведения об авторах
  • Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет), Москва, Россия
  • Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет), Москва, Россия
  • Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет), Москва, Россия

Аннотация

Разработка метода оптимального проектирования конструктивно-анизотропных панелей несущих поверхностей летательных аппаратов из композиционных материалов с ограничениями по уточненной теории потери устойчивости для реализации оптимального размерно-весового проекта – цель исследования. Распределённая постоянная сжимающая нагрузка приложена к кромкам панели в плоскости обшивки в продольном направлении. Предполагается, что краевые условия на контуре соответствуют частному случаю граничных условий для плоской задачи и задачи изгиба. Сформулированы постановка и аналитическое решение задачи оптимального проектирования для определения геометрических параметров эксцентрично подкреплённых плоских прямоугольных композитных панелей минимальной массы. Условие равноустойчивости составляет базис оптимального проекта. Общая изгибная и многоволновая крутильная формы потери устойчивости имеют одинаковую вероятность проявления, запас по устойчивости полагается близким к единице. Оптимальное проектирование сводится к исследованию целевой весовой функции как функции нескольких переменных на условный экстремум в строгой математической постановке с использованием аналитических методов в сочетании с численными методами. Представлены соотношения новой математической модели для анализа потери устойчивости конструктивно-анизотропных композитных панелей. Научной новизной является развитие теории тонкостенных упругих стержней, связанное с проблемой контакта обшивки и стрингера с учётом деформации сдвига ребра при закручивании. Аналитическое решение сводится к нахождению перемещений единой базисной поверхности приведения, которая может быть выбрана произвольно. В качестве расчетной модели предлагается схематизация панели как конструктивно-анизотропной, когда определяются критические силы общей изгибной формы потери устойчивости. Для исследования многоволнового крутильного выпучивания панели используется аппарат обобщенных функций с целью дискретного ввода жесткостей стрингеров. Решение дифференциального уравнения деформированной поверхности восьмого порядка в замкнутом виде построено в тригонометрических рядах. Результаты оптимального проектирования с ограничениями в рамках уточнённой теории устойчивости открывают возможности для снижения и оптимизации весовых характеристик элементов планера самолета.

Ключевые слова

композитные панелиэксцентричный набортонкостенный стерженьповерхность приведенияоптимальный размерно-весовой проектограничения по устойчивости.

Литература

  1. 1.Образцов И.Ф., Сироткин О.С., Литвинов В.Б. Интегральные конструкции из композиционных материалов и перспективы их применения // Конструкции из композиционных материалов. – 2000. – № 2. – С. 78–84. Scholar
  2. 2.Gavva L.M., Firsanov V.V. Mathematical Models and Methods for Calculating the Stress-Strain State of Aircraft Panels from Composite Materials Taking into Account the Production Technology // Mechanics of Solids. Springer Publ. – 2020. – № 3. – P. 603–612. Scholar
  3. 3.Edwards D.A., Williams F.W., Kennedy D. Cost optimization of stiffened panels using VICONOPT// AIAA Journa.1998. Vol. 36.№ 2. pp. 267-272. Scholar
  4. 4.Mitrofanov O.V. Estimation of some approaches to composite wing weight decreasing and optimal reinforcement of stiffened panels with buckling restrictions // Air fleet equipment. – 1998. – Vol. 72(1). – P. 36–40. Scholar
  5. 5.Митрофанов О.В., Стреляев Д.В. Оптимальное армирование композитных подкрепленных панелей крыла орбитального самолета «ШАТТЛ» // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. – 1999. – Т. 13. – С. 31–34. Scholar
  6. 6.Rodionov G.L, Sidorenko A.S., Stankevich A.I. Multi-criterion optimization of cylindrical shell from layered composite material // Forth Int. Symposium “Dynamics and technological problems of structure mechanics and continuum mechanics” Yaropolets. – 2000. – P. 4. Scholar
  7. 7.Mitrofanov O.V. Applied design of rib and spar walls made from composite materials // Air fleet equipment. – 2000. – Vol. 74(3-4). – P. 27–32. Scholar
  8. 8.Kato Yoko, Kameyama, Hu Ning, Fukunaga Hisao Optimal design of composite wing in view of stiffened panel buckling // Nihon kikai ronbunshu. – 2004. – A. Vol. 70(691). – P. 479–486. Scholar
  9. 9.Kolpakov A.A. Design of plates with defined stiffness and minimum ply number and materials // Eng. and Physics J. – 2006. – Vol. 79(5). – P. 165–174. Scholar
  10. 10.Колпаков А.А., Колпаков А.Г. Solution of the laminated plate design problem: new problems and algorithms // Comput.and Struct. – 2005. – Vol. 83(12-13). – P. 964–975. Scholar

Другие статьи выпуска

Весь выпуск (№ 3, 2023)
Скачать PDF

Информация о статье

Опубликована
03.07.2023
В выпуске
03.07.2023
Выпуск
№ 3 (2023)
Поделиться