Введение к работе
Актуальность темы. Настоящая работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследовании несущей способности и кест-костных характеристик поврежденных и восстановленных трехслойных сотовых панелей, а также вопросам оптимального проектирования трехслойных панелей с вырезом и выбору рациональных решений по их восстановлению.
По вопросам расчета сотовых конструкций опубликовано доста-v точно многоработ, из которых можно отметить работы А.Я.Александрова, Э.И.Григолюка, П.Ц.Чулкова, В.Ф.Панина, А.й.Ендогура, Б.Ф. Прохорова, Л.М.Куршина и других авторов. Во всех работах конструкция предлагается целой, без повреждений. Однако в процессе эксплуатации сотовые конструкции могут получать различного рода v повреждения, что естественно выдвигает проблему оценки степени влияния сквозных повреждений на прочность и несущую способность сотовых панелей. Под повреждениями в данной работе понимаются сквозные отверстия в панели в форме окружности, эллипса либо прямоугольника, получающиеся после предремонтной механической обработки эксплуатационного либо боевото повреждения панели.
В данной работе на основе энергетического критерия Брайена решена задача определения критической нагрузки панели со сквозным отверстием и ремонтной вставкой с произвольным расположением центра отверстия. Полученный алгоритм определения нагрузки для поврежденной панели имеет большую практическую значимость, т.к. позволяет оценить степени снижения несущей способности поврежденной сотовой конструкции и на основе этого выработать рекомендации для последующего ремонта. Полученное решение по оценке степени влияния сквозных повреждений на несущую способность подтверждено экспериментом. Достаточное место в работе уделено способам восстановления исходной прочности и жесткости панели. Актуальность этой проблемы объясняется следующим.
Трехслойные панели с сотовым заполнителем'ввиду относительно большой технологической сложности имеют высокую стоимость; Ввиду этого, с целью экономии материальных" средств-и потребности быстрого восстановления самолетного и'ракетного парка, большое значение приобретает восстановление поврежденныхтрехслой-^ных сотовых конструкций в войсковых и стационарных условиях. Поэтому, способы восстановления исходной"прочности и жесткости панелей в данной работе рассмотрены' наиболее '"полно и проверены эк-. спериментально. ^ -^і^йгіл^-їі1;^^.;.^- - . ..
Следующей проблемой при получении поирелдения сотовой конструкцией является проблема изменения их динамических характеристиіс Учет изменения динамических характеристик конструкции вследствие повреждения или ремонта является одной из важнейших задач проектирования. В данной работе проведена экспериментально-теоретическая опенка жесткости поврежденных и восстановленных трехслойных сотовых панелей по их динамическим характеристикам, дана оценка степени влияния сквозных повреждений и ремонтных вставок на изменение динамических характеристик панели.
Полученный в работе алгоритм определения критической нагрузки трехслойной панели с отверстием имеет большую практическую значимость и в плане проектирования трехслойных панелей с вырезом при сжатии. Значительная часть элементов авиационных и ракетных конструкций сознательно ослаблена различного, рода вырезами. Однако степень влияния вырезов различной конфигурации на несущую способность трехслойных конструкций и алгоритмы,оптимального проектирования трехслойных конструкций с вырезами еще не оценены и не получены. В данной работе на основе полученного алгоритма определения критической нагрузки трехслойной панели с отверстием разработан алгоритм оптимального проектирования трехслойной .сотовой панели, ослабленной вырезом, с произвольным расположением центра выреза. Получены результаты по влиянию вырезов, выполненных по форме окружности и квадрата, на массу оптимально спроектированной трехслойной сотовой панели, ослабленной вырезом.
В работе также на основе полученного алгоритма определения критической нагрузки восстановленной трехслойной панели получен алгоритм оптимального проектирования втулок для восстановления поврежденных трехслойных панелей и даны рекомендации по выбору рациональных решений для восстановления поврежденных трехслойных панелей.
Целью работы являлось:
разработка методики определения несущей способности трехслойных панелей с отверстием при произвольном расположении центра отверстия при действии сжимающих нагрузок;
разработка методики определения несущей способности восстановленной в результате ремонта трехслойной панели с произвольным расположением центра ремонтной вставки при действии сжимающих нагрузок;
разработка методики экспериментального исследования несущей способности трехслойных сотовых панелей (целых, с отверстием и восстановленных) при сжатии и продольно-поперечном изгибе;
проведение эксперимента по исследованию несущей способности трехслойных сотовых панелей (целых, с отверстием и восстановленных) при сжатии и продольно-поперечном иогибе с иелью проверки состоятельности разработанной магмодели определения критической нагрузки поврежденных и восстановленных трехслойных сотовых панелей;
разработка методики определения жесткостных характеристик поврежденных (с отверстием) и восстановленных трехслойных панелей с произвольным расположением центра отверстия или ремонтной вставки;
разработка методики экспериментального исследования жест-костных характеристик поврежденных и восстановленных трехслойных панелей;
проведение эксперимента по оценке жесткостных характеристик поврежденных и восстановленных трехслойных сотовых панелей с целью проверки состоятельности разработанного алгоритма по определению жесткостных характеристик поврежденных и восстановленных трехслойных панелей;
разработка на основе проведенных экспериментально-теоретических исследований несущей способности и жесткостных характеристик поврежденных трехслойных сотовых панелей методики оптимального проектирования трехслойных панелей с вырезом при сжатии при произвольном расположении центра выреза;
разработка методики выбора оптимальных параметров ремонтных вставок для восстановления поврежденных трехслойных панелей и выработка рациональных решений по их восстановлению.
Методика исследования. Экспериментальное исследование по определению несущей способности поврежденных и восстановленных трехслойных панелей проводилось на специальной установке, позволяющей проводить испытания авиационных конструкций при комплексном нагружении. Экспериментальное исследование динамических характеристик проводилось в акустической камере с помощью вибростенда ВЭДС-ЮО.
Научная новизна работы заключается в следующем.
Выработанный и проверенный экспериментально гибридный метод определения критической нагрузки поврежденной и восстановленной трехслойной панели позволяет судить о степени влияния сквозных отверстий с различными очертаниями контура и с произвольным расположением центра на несущую способность трехслойной панели с отверстием. Полеченный метод является гибридным, т.е. полуанали-
тическим, гак как отдельная часть базовых решений представлена : двойных квадратурах, которые требуют численного решения. Такой иолуаналитический метод, в отличие от численных методов решения позволяет судить о степени влияния того или иного параметра на конечный результат еде на начальных стадиях расчета, что значительно сократит трудоемкость и повысит результативность проекти ровочного и поверочных расчетов. Новизна работы заключается так же в создании алгоритмов расчета и выбора оптимальных параметро новых, более дешевых, ремонтных вставок для восстановления поврежденных трехслойных панелей, а также в получении экспериментальных данных по изменению несущей способности и жесткостных характеристик поврежденных и восстановленных трехслойных сотовых панелей.
Практическая ценность работы заключается в разработке мат-модели определения критической нагрузки и жесткостных характери стик трехслойных панелей с отверстием и разработка на основе этой модели алгоритма оптимального проектирования трехслойных панелей с вырезами, а также выработке рациональных решений по восстановлению поврежденных трехслойных панелей. К настоящему вре/ени в ряде работ представлены методики оптимального проекти рования трехслойных сотовых оболочек и панелей. Однако они выполнены без учета возможных вырезов в этих конструкциях и не мс гут быть непосредственно использованы для оценки влияния вырезе различных конфигураций с произвольным расположением центра выре за на массу этих конструкций.
Апробация работы. Разработанная методика оптимального проектирования трехслойных панелей с вырезами и методика оптимального проектирования вставок для восстановления поврежденных " трехслойных панелей внедрена в практику расчетов конструкций в МНБ "Радуга" (г.Дубна, М.О.), в учебный процесс Московского авиационного института (Технического университета). Разработанная методика выбора оптимальных параметров ремонтных вставок нового образца, методика оценки жесткостных характеристик повр< жденных и восстановленных трехслойных панелей"были внедрены в практику расчетов Внуковского авиаремонтного завода № 400 и в учебный процесс Московского государственного технического университета гражданской авиации, что подтверждено соответствующими актами.
OcuoiiiiiJG результаты докладывались и обсуждались: на заседаниях научно-технического Совета каф. ООЫ (регулярно в течение I99I-I99b гг.); на Международной научно-технической конференции "Наука и техника гражданской авиации на современном зтапе" (Москва, 1994); на XIX молодежной научно-технической конференции "Гага-ринские чтения" (Москва, 1993); на Всесоюзной студенческой научной конференции "Королевские чтения" (г.Куйбышев, 1991); на У.ХУШ чтениях, посвященных разработке научного наследия и развития идей К.Э.Циолковского (г.Калуга, 1993).
Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть работ, выполнены шесть отчетов по двум НИР.
Объем и структура работы.
Работа состоит из Введения, четырех глав и Заключения. Содержит і JO машинописных страниц текста, 72 рисунков, 8 таблиц, список использованных источников из 44. наименований.