Наукові конференції України, Інновації молоді в машинобудуванні 2020

Розмір шрифту: 
Визначення коефіцієнта концентрації напружень у послабленому отвором перерізі композитній пластини, при контакті отвору з циліндром
Т. І. Щербань, К. М. Рудаков

Остання редакція: 2020-05-20

Тези доповіді


Реалізація потенційно високих якостей міцності сучасних багатошарових композитних матеріалів в авіаційних конструкціях обмежується концентрацією напружень в з’єднаннях. Інженерний метод, який застосовують для наближеного розрахунково-експериментального аналізу напружень в зоні їхньої концентрації, використовує коефіцієнт концентрації напружень (ККН).

На меті було здійснити верифікацію двох формул, запропонованих у статтях [1, 2] для визначення ККН у послабленому отвором перерізі композиційної пластини (модель 2D-ортотропного матеріалу) при контактуванні отвору з болтом. Для цього провели чисельні розрахунки зі застосуванням методу скінченних елементів, в контактній постановці.

Застосували модель пластини розмірами 62.5 х 30 х 0.8 мм з отвором діаметром 5 мм на відстані 17.5 мм від торця. Отвір контактує без зазору та тертя зі сталевим циліндром (болтом). Пластина має 4 ортотропних шари, які укладені під різними кутами відносно повздовжнього напрямку. Створили скінченно-елементну сітку з чотирьох шарів скінченних елементів (СЕ) по товщині пластини (один СЕ по товщині кожного шару), причому в площині пластини мінімальний розмір СЕ у зоні концентрації напружень складав 0.025 мм, тобто 0.5% від діаметра отвору. СЕ – гексагональні, другого порядку апроксимації. Це забезпечує максимальну погрішність визначення ККН лише у декілька відсотків.

Якщо врахувати наявність спрощень, закладених в припущеннях, беручи до уваги апроксимацію, а також наявність досить суттєвих відмінностей розглянутих коефіцієнтів пружності ортотропних шарів матеріалу, то результати прогнозування можна вважати задовільними, але лише у випадку, коли усі шари укладені в одному напрямку. В протилежному випадку виникає настільки великий взаємовплив шарів, що ККН значно зменшується і не може бути задовільно обчислений розглянутими виразами.


Ключові слова


полімерний композиційний матеріал; болтове з'єднання; коефіцієнт концентрації напруженьполімерний композиційний матеріал; болтове з'єднання; коефіцієнт концентрації напружень

Посилання


Echavarrı´a, C., Haller, P. and Salenikovich, A. (2007), Analytical study of a pin–loaded hole in elastic orthotropic plates. Composite Structures. vol.79. pp. 107–112. . DOI: 10.1016/j.compstruct.2005.11.038.

Рудаков К.Н. Коэффициент концентрации напряжений у контактирующего с болтом нагруженного отверстия в монослое ортотропного композиционного материала / К.Н. Рудаков, Ю.Н. Дифучин, С.А. Бабиенко // Mechanics and Advanced Technologies #1(85), 2019. – С.41-48. DOI: 10.20535/2521-1943.2019.85.155702.