Расчетная оценка усталостной долговечности углепластика в образцах двухсрезного болтового соединения

Отмечено, что в современных композитных авиаконструкциях присутствует значительное количество композитных и металлокомпозитных срезных болтовых соединений, усталостная долговечность которых является важным фактором обеспечения безопасности эксплуатации таких конструкций. Ввиду этого особое внимание при испытаниях и расчетных оценках элементов таких конструкций уделяется оценке усталостной долговечности слоистых композитов в подобных соединениях. Несмотря на значительное число публикаций и исследований по этой теме, можно отметить, что многие важные методические проблемы в этой области еще не решены. К таким проблемам можно отнести следующие: выбор основной моды усталостного повреждения слоистых композитов в срезных болтовых соединениях; неопределенность базовой кривой усталости; практическое отсутствие каких-либо моделей, представляющих диаграммы постоянной усталостной долговечности слоистых композитов в рассматриваемых соединениях; неопределенность правила суммирования усталостных повреждений в слоистых композитах в рассматриваемых соединениях. По результатам обзора и анализа данных ряда отечественных и зарубежных публикаций, а также по результатам специально проведенных исследований предложены решения отмеченных проблем. Проведена верификация предложенных решений на примере анализа расчетных и экспериментальных данных по усталостной долговечности ламинатов из углепластика НТА7/6376 [45/-45/0/90]_3S в образцах двухсрезного болтового соединения.

1. Schön J., Starikov R. Fatigue of joints in composite structures. In book: Fatigue in composites / Ed. by B. Harris. Woodhead Publishing, 2003. P. 621−643. DOI: 10.1533/9781855738577.5.621

2. Lewandowski J.J., Singh P.M. Fracture and fatigue of DRA composites // Metals Handbook. 1996. Vol. 19. P. 895–904.

3. Schon J., Nyman T. Spectrum fatigue of composite bolted joints // International Journal of Fatigue. 2002. Vol. 24, iss. 2–4. P. 273–279. DOI: 10.1016/S0142-1123(01)00082-2

4. Galinska A. Mechanical joining of fibre reinforced polymer composites to metals–a review. Part I: Bolted joining // Polymers. 2020. Vol. 12, no. 10. ID 2252. 48 p. DOI: 10.3390/polym12102252

5. Galinska A., Galinski C. Mechanical joining of fibre reinforced polymer composites to metals – A review. Part II: Riveting, clinching, non-adhesive form-locked joints, pin and loop joints // Polymers. 2020. Vol. 12, no. 8. ID 1681. 40 p. DOI: 10.3390/polym12081681

6. Choi J.-I. Failure load prediction of composite bolted joint with clamping force / J.-I. Choi, S.M. Hashemina, H.-J. Chun, J.-C. Park, H.S. Chang // Composite Structures. 2018. Vol. 189. P. 247–255. DOI: 10.1016/j.compstruct.2018.01.037

7. Cheng X. Effect of damage on failure mode of multi-bolt composite joints using failure envelope method / X. Cheng, S. Wang, J. Zhang, W. Huang, Y. Cheng, J. Zhang // Composite Structures. 2017. Vol. 160. P. 8–15. DOI: 10.1016/j.compstruct.2016.10.042

8. Giannopoulos I.K. Effects of bolt torque tightening on the strength and fatigue life of airframe FRP laminate bolted joints / I.K. Giannopoulos, D. Doroni-Dawes, K.I. Kourousis, M. Yasaee // Composites Part B: Engineering. 2017. Vol. 125. P. 19–26. DOI: 10.1016/j.compositesb.2017.05.059

9. Wu C., Bai Y., Mottram J.T. Effect of elevated temperatures on the mechanical performance of pultruded FRP joints with a single ordinary or blind bolt [Электронный ресурс] // Journal of Composites for Construction. 2016. Vol. 20, iss. 2. ID 04015045. DOI: 10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000608 (дата обращения: 23.08.2021).

10. Zhang K. Combined effects of seawater ageing and fatigue loading on the bearing performance and failure mechanism of CFRP/CFRP single-lap bolted joints / K. Zhang, H. Li, H. Cheng, B. Luo, P. Liu [Электронный ресурс] // Composite Structures. 2020. Vol. 234. ID 111677. DOI: 10.1016/j.compstruct.2019.111677 (дата обращения: 23.08.2021).

11. Kawai M. Fatigue life prediction of composite materials under constant amplitude loading, Fatigue life prediction of composites and composite structures. In book: Fatigue Life Prediction of Composites and Composite Structures / Ed. by A.P. Vassilopoulos. Woodhead Publishing, 2010. P. 177−219. DOI: 10.1533/9781845699796.2.177

12. Vassilopoulos A.P., Keller T. Fatigue of fiber-reinforced composites. Springer-Verlag London Limited, 2011. 238 p. DOI: 10.1007/978-1-84996-181-3

13. Harris B. A parametric constant-life model for prediction of the fatigue lives of fiber-reinforced plastics. In book: Fatigue in composites / Ed. by B. Harris. Woodhead Publishing, 2003. P. 546−568. DOI: 10.1533/9781855738577.4.546

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. 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. P. 423–431.