начальник сектора,
Жуковский
Head of Subdivision,
Zhukovsky
Сетчатые композитные конструкции фюзеляжа разрабатываются в качестве альтернативы традиционным композитным авиаконструкциям на основе слоистой обшивки и подкрепляющего набора. Конструктивно-силовая схема сетчатых конструкций позволяет максимально реализовать преимущества современных композиционных материалов при минимизации их основных недостатков, что дает возможность обеспечить более высокую весовую эффективность для этих конструкций по сравнению с традиционными аналогами.Разработка и создание сетчатых композитных конструкций требует разработки новых методик анализа проч- ности, поскольку традиционные методики, как правило, ориентированы на анализ прочности тонкостенных элемен- тов и не позволяют получить надежную оценку местной прочности силовых однонаправленных композитных ребер.В данной работе представлена методика оперативного анализа прочности сетчатых композитных кон- струкций на основе специализированных параметрических моделей метода конечных элементов однонаправлен- ных композитных ребер и их пересечений. В рамках методики каждое ребро моделируется кессонной структурой, состоящей из произвольного числа стенок и полок, моделируемых на основе мембранных конечных элементов. Параметры полок и стенок вычисляются из условия равенства жесткостей натурного ребра и модели. Данная мето- дика позволяет проводить анализ локальной прочности силовых ребер сетчатой конструкции без использования трехмерных конечных элементов, что позволяет сократить время вычислений и значительно упростить анализ ре- зультатов расчетов.Для валидации предложенной методики были использованы результаты экспериментальных исследований натурного прототипа оболочки сетчатого композитного отсека фюзеляжа. Прототип сетчатого отсека был изготов- лен в ЦНИИСМ и испытан в ЦАГИ в рамках ряда российских и международных научно-исследовательских работ.Результаты валидации показали, что предложенная методика позволяет с высокой оперативностью проводить ана-лиз прочности сетчатых конструкций фюзеляжа при обеспечении высокой точности результатов оценки прочност- ных параметров конструкции и может быть использована в качестве базовой на начальном этапе проектирования сетчатых композитных конструкций отсеков фюзеляжа.
Lattice composite fuselage structures are developed as an alternative to conventional composite structures based on laminated skin and stiffeners. Structure layout of lattice structures allows to realize advantages of current composite materials to a maximal extent, at the same time minimizing their main shortcomings, that allows to provide higher weight efficiency for these structures in comparison with conventional analogues.Development and creation of lattice composite structures requires development of novel methods of strength anal- ysis, as conventional methods, as a rule, are aiming to strength analysis of thin-walled elements and do not allow to get confident estimation of local strength of high-loaded unidirectional composite ribs.In the present work the method of operative strength analysis of lattice composite structure is presented, based onspecialized FE-models of unidirectional composite ribs and their intersections. In the frames of the method, every rib is modeled by a caisson structure, consisting of arbitrary number of flanges and webs, modeled by membrane finite elements. Parameters of flanges and webs are calculated automatically from the condition of stiffness characteristics equality of real rib and the model. This method allows to perform local strength analysis of high-loaded ribs of lattice structure without use of here-dimensional finite elements, that allows to shorten time of calculations and sufficiently simplify the procedure of analysis of results of calculations.For validation of the suggested method, the results of experimental investigations of full-scale prototype of shell of lattice composite fuselage section have been used. The prototype of the lattice section was manufactured in CRISM and tested in TsAGI within the frames of a number of Russian and International scientific projects. The results of validation have shown that the suggested method allows to provide high operability of strength analysis, keeping high accuracy of estimation of strength parameters, and can be used as a base method of strength analysis on the preliminary stage of design of lattice composite fuselage section structures.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.