Введение к работе
Актуальность темы. Применение композиционных материалов (КМ) в конструкциях - одно из направлений технического прогресса. Уровень применения КМ позволяет судить о конструкторском совершенстве новых разработок, поэтому роль использования таких материалов при создании новой авиационной и ракетно-космической техники становится определяющей. При эксплуатации к таким элементам конструкции предъявляются повышенные требования по прочности и ресурсу, ограничения по массе. Технология изготовления деталей из КМ является сложным, многоступенчатым процессом и зависит от десятков технологических параметров, изменение любого из которых может привести к необратимым нарушениям заданной структуры и коренным образом отличается от изготовления металлических конструкций. В процессе изготовления и эксплуатации элементов конструкций из КМ слоистой структуры появляются межслойные дефекты, которые являются следствием несовершенства технологии производства, воздействия эксплуатационных нагрузок. Межслойные дефекты могут существенно влиять на прочность и жесткость элементов конструкции из слоистых КМ. Таким образом, задача обеспечения прочности элементов конструкций на примере лопасти винта вертолёта из композиционных материалов с учетом технологических межслойных дефектов, является актуальной.
Целью работы является обеспечение прочности лопасти винта вертолета из слоистых КМ с учетом межслойных дефектов, усовершенствование методики испытаний.
Задачи исследований. Для достижения данной цели в работе предлагается решение следующих задач:
обеспечение прочности лопасти винта вертолета из слоистых КМ за счет усовершенствования способа изготовления;
усовершенствование методики определения ресурса лопасти винта вертолета;
разработка методики расчета на прочность тонкостенных элементов конструкции имеющих технологические дефекты с использованием компьютерных технологий;
разработка методики проведения экспериментальных работ над образцами из слоистых КМ с межслойными дефектами.
Методы исследования. При выполнении исследования использовались методы теории математического моделирования, механики разрушения, механики деформируемого твердого тела. Экспериментальные исследования проводились в научно-производственной лаборатории «Надежность, прочность изделий и конструкций» ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления».
Научная новизна работы заключается в следующем:
Для обеспечения прочности лопасти винта вертолета из слоистых КМ предложен усовершенствованный способ изготовления лопасти винта вертолёта из полимерных КМ с использованием вкладыша из силиконовой резины.
Усовершенствована методика ресурсных испытаний лопасти винта вертолета с использованием контрольно-аппаратного и тензоизмерительного комплекса, программного обеспечения для автоматизации процесса испытаний и обработки результатов.
На основе энергетического подхода сделан расчет устойчивости элементов конструкций из слоистых композиционных материалов с дефектами типа «отслоение» в нелинейной постановке. В явном виде получены аналитические выражения для величин, характеризующих закритическое поведение отслоений в виде круга. Получены необходимые условия существования форм потери устойчивости.
Достоверность полученных результатов и выводов в работе обеспечивается строгостью и последовательностью математических выкладок, используемого программного обеспечения, а именно конечно-элементной системы ANSYS. Достоверность способа изготовления подтверждена изготовлением опытного (натурального) образца.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в том, что усовершенствованная методика ресурсных испытаний лопасти винта вертолета использована в отраслевой лаборатории «Надежность, прочность изделий и конструкций» ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления», технология изготовления лопасти внедрена на ЗАО «Улан-Удэнский лопастной завод». Полученные экспериментальные данные могут быть использованы в научно-исследовательских организациях и на предприятиях авиационной промышленности.
Основная часть работы выполнена в рамках научно-технической программы ведомственных целевых программ «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 гг.)».
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации докладывались и обсуждались на всесоюзных и международных конференциях, выставках и семинарах, в том числе: международная научная конференция «Проблемы механики современных машин» (г. Улан-Удэ, 2006, 2009 гг.); международная научная конференция «Механики - 21 веку» (г. Братск, 2011 г.); международная конференция «Математика, ее приложения и математическое образование» (г. Улан-Удэ, 2011 г.), III Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием "Наномате-риалы и технологии" (г. Улан-Удэ, 2010 г.); межвузовская научно-техническая конференция, секция «Механика конструкций и материалов (композиционные материалы и наноматериалы)» (г. Улан-Удэ, 2010 г.), Результаты работы были представлены на региональной выставке «Научно-технические разработки и инновационные проекты республики Бурятия» (г. Улан-Удэ, 2010 г.); Китайско-Российско-Монгольской выставке по науке и технике (г. Маньчжурия, КНР, 2009, 2010, 2011 гг.), на выставке «Экономика и инновации Бурятии» (г. Москва, 2011 г.). В целом работа докладывалась на семинарах в ФГБОУ ВПО «Братский государственный технический университет», (г. Братск, 2011 г.); ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления» (г. Улан-Удэ, 2009, 2010, 2011 гг.), ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения» (г. Иркутск, 2011г.).
Публикации. По тематике диссертации опубликовано 8 научных работ, включая статьи в журналах, трудах конференций, из них 4 работ в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ для опубликования результатов диссертационных работ и два патента на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка, включающего 129 наименований, изложена на 164 страницах машинописного текста, содержит 89 рисунков, 10 таблиц.
