Preview

Научный вестник МГТУ ГА

Расширенный поиск

Методика комплексной расчетной оценки усталостной долговечности элементов композитных авиаконструкций

https://doi.org/10.26467/2079-0619-2020-23-2-59-71

Полный текст:

Аннотация

Представлены основные особенности нормативных требований по оценке усталостной долговечности слоистых композитов. С учетом этих требований и с использованием известных моделей деградации остаточной прочности и деградации жесткости слоистых композитов в процессе накопления усталости сформированы основные положения методики комплексной расчетной оценки усталостной долговечности, которые могут быть использованы, в частности, для ламинатов нижних и верхних панелей крыла самолета транспортной категории. Отмечено, что комплексную расчетную оценку целесообразно выполнять на этапе эскизного проектирования самолета, когда определяются ключевые параметры ламинатов: тип слоистого композита, параметры укладки, выбор уровня расчетных напряжений и т.п. Представлен условный пример комплексной расчетной оценки усталостной долговечности ламината из углепластика AS4-PW 10/80/10 толщиной 8,84 мм для случая использования этого ламината в качестве обшивки верхних панелей крыла самолета транспортной категории. Выполнены четыре вида расчетных оценок: расчетная оценка усталостной долговечности образцов со свободными отверстиями; расчетная оценка усталостной долговечности образцов с едва видимыми ударными повреждениями; расчетная оценка усталостной долговечности образцов с едва видимыми ударными повреждениями до достижения нормированного уровня деградации остаточной прочности; расчетная оценка усталостной долговечности образцов с едва видимыми ударными повреждениями до достижения нормированного уровня деградации жесткости. Сделан вывод о значительном отличии в получаемых значениях усталостных долговечностей рассматриваемых образцов в зависимости от метода расчета. На основе анализа полученных результатов сделан вывод о необходимости выполнения подобных комплексных оценок для определения ресурсных характеристик элементов композитных авиаконструкций с приемлемой точностью.

Об авторе

В. Е. Стрижиус
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет
Россия

Стрижиус Виталий Ефимович - доктор технических наук, профессор кафедры проектирования и сертификации авиационной техники



Список литературы

1. Adam T. The fatigue behavior of Kevlar/carbon hybrid composites / T. Adam, R.F. Dickson, G. Fernando, B. Harris, H. Reiter // IMechE Conference Publications. Institute of Mechanical Engineers). 1986. No. 2. Pp. 329-335.

2. Adam T. A power law fatigue damage model for fiber-reinforced plastic laminates / T. Adam, R.F. Dickson, C.J. Jones, H. Reiter, B. Harris // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Mechanical Engineering Science. 1986. Vol. 200, iss. 3. Pp. 155-166. DOI: https://doi.org/10.1243/PIME_PROC_1986_200_111_02

3. Harris B. A historical review of the fatigue behavior of fiber-reinforced plastics / Ed. by Bryan Harris // Fatigue in composites. Woodhead Publishing Ltd and CRC Press LLC, 2003. Pp. 3-35.

4. Nixon-Pearson O.J., Hallett S.R. An investigation into the damage development and residual strengths of open-hole specimens in fatigue // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2015. Vol. 69. Pp. 266-278. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2014.11.013

5. Khan A.I., Venkataraman S., Miller I. Predicting fatigue damage of composites using strength degradation and cumulative damage model // Journal of Composites Science. 2018. Vol. 2, iss. 1. DOI: 10.3390/JCS2010009

6. Cater C., Xiao X., Krishnan A. Cumulative fatigue damage prediction of composite structures // Proceedings of the 19th International Conference on composite materials. Montreal, Canada. 28 July-02 August 2013. Pp. 229-236.

7. Cadavid M.O. Experimental studies of stiffness degradation and dissipated energy in glass fibre reinforced polymer composite under fatigue loading / M.O. Cadavid, O. Al-Khudairi, H. Hadavinia, D. Goodwin, G.H. Liaghat // Polymers & Polymer Composites. 2017. Vol. 25, iss. 6. Pp. 435-446.

8. Shokrieh M.M., Lessard L.B. Fatigue under multiaxial stress systems. Fatigue in composites / Ed. by Bryan Harris. Woodhead Publishing Ltd and CRC Press LLC, 2003. Pp. 63-114.

9. Bakuckas Jr.J.G. Bonded repairs of composite panels representative of wing structure / Jr.J.G, Bakuckas, R. Chadha, P. Swindell, M. Fleming, J.Z. Lin, J.B. Ihn, N. Desai, E. Espinar-Mick, M. Freisthler // Proceedings of the 30th Symposium of the International Committee on Aeronautical Fatigue. Krakow, Poland, 2-7 June 2019. Pp. 565-580.

10. Tomblin J., Seneviratne W. Determining the fatigue life of composite aircraft structures using life and load-enhancement factors. Report DOT/FAA/AR-10/6, June 2011.

11. Kawai M., Yano K. Probabilistic anisomorphic constant fatigue life diagram approach for prediction of P-S-N curves for woven carbon/epoxy laminates at any stress ratio // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2016. Vol. 80. Pp. 244-258. DOI: 10.1016/j.compositesa.2015.10.021

12. Broer A. Fatigue life prediction of carbon fibre-reinforced epoxy laminates using a single S-N curve: Master of Science thesis. Delft University of Technology, 2018.

13. Buimovich Y., Elmalich D. Examination of the KAWAI CLD Method for Fatigue Life Prediction of Composites // Proceedings of the 30th Symposium of the International Committee on Aeronautical Fatigue. Krakow, Poland, 2-7 June 2019. Pp. 399-409.

14. Стрижиус В.Е. Особенности диаграмм постоянной усталостной долговечности слоистых композитов // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2019. Т. 25, № 3. С. 120-132. DOI: 10.18721/JEST.25309

15. Bendouba M., Aid A., Benguediab M. Fatigue life prediction of composite under two block loading // Engineering, Technology & Applied Science Research. 2014. Vol. 4, no. 1. Pp. 587-590.

16. Strizhius V. Fatigue life prediction of CFRP laminate under quasi-random loading. Proceedings of the 30th Symposium of the International Committee on Aeronautical Fatigue. Krakow, Poland. 2-7 June 2019. Pp. 423-431.


Для цитирования:


Стрижиус В.Е. Методика комплексной расчетной оценки усталостной долговечности элементов композитных авиаконструкций. Научный вестник МГТУ ГА. 2020;23(2):59-71. https://doi.org/10.26467/2079-0619-2020-23-2-59-71

For citation:


Strizhius V.E. Methodology of substantive fatigue life valuation of composite components of aero structure. Civil Aviation High Technologies. 2020;23(2):59-71. (In Russ.) https://doi.org/10.26467/2079-0619-2020-23-2-59-71

Просмотров: 67


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2079-0619 (Print)
ISSN 2542-0119 (Online)