Экспериментальное исследование и численное моделирование деформации трехслойной панели с нерегулярной структурой сот под действием внешней нагрузки


Авторы

Котович И. В.1*, Власов Д. Д.2

1. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4
2. Институт машиноведения РАН им.А.А.Благонравова, Малый Харитоньевский переулок, 4, Москва, 101990, Россия

*e-mail: ilyakot@bk.ru

Аннотация

В статье рассматривается актуальная задача анализа напряженно-деформированного состояния (НДС) трехслойных сэндвич-панелей с сотовым заполнителем, содержащим локальные нерегулярности – вариации геометрии ячеек, под действием внешних нагрузок – давления и температурного поля. Традиционные методы расчета, основанные на предположении о регулярной и однородной структуре заполнителя, оказываются недостаточно точными в реальных условиях эксплуатации, что может приводить к избыточным запасам прочности или снижению надежности конструкций. В работе предложена методика, сочетающая аналитическую строгость и вычислительную экономичность. На основе теории изгиба трехслойных пластин по модели Тимошенко–Рейсснера первого порядка и с использованием двойных рядов Фурье построено решение краевой задачи для шарнирно опертой прямоугольной пластины. Введена поправка от влияния температуры через эквивалентные изгибающие моменты. Для учета слабой неоднородности заполнителя применен метод малых возмущений, позволяющий последовательно уточнять решение с учетом отклонений сдвиговых жесткостей от средних значений. Проведена экспериментальная валидация методики с использованием вакуумного нагружения и оптического метода корреляции цифровых изображений (DIC). Результаты показали высокую степень согласования между численно-аналитическими и экспериментальными данными по прогибам, что подтверждает применимость разработанного подхода для инженерного анализа панелей с нерегулярной сотовой структурой.

Ключевые слова:

трехслойные панели, сотовый заполнитель, напряженно-деформированное состояние, нерегулярная структура, метод малых возмущений, двойные ряды Фурье, теория Тимошенко–Рейсснера, корреляция цифровых изображений

Список источников

  1. Zhu L., Li N., Childs P.R.N. Light-weighting in aerospace component and system design // Propulsion and Power Research. 2018. Vol. 7. № 2. pp. 103–119.
  2. Медведский А.Л., Мартиросов М.И., Хомченко А.В. и др. Исследование напряженно-деформированного состояния трехслойной панели с сотовым заполнителем при наличии внутренних дефектов. // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 2. С. 675–684.
  3. Башаров Е.А. Расчет оптимальных конструктивных параметров и применение в аэрокосмических конструкциях трехслойных сотовых панелей из полимерных композиционных материалов. // Инженерный журнал: наука и инновации. 2024. № 10 (154).
  4. Зотов А.А., Волков А.Н. Приближенный метод расчета на изгиб трехслойных панелей с дискретным заполнителем // Деформация и разрушение материалов. 2023. № 7. С. 12–16.
  5. Vo T.P., Thai H.T., Nguyen T.K. et al. Flexural analysis of laminated composite and sandwich beams using a four-unknown shear and normal deformation theory // Composite Structures. 2017. Vol. 176. pp. 388–397.
  6. Рабинский Л.Н., Мартиросов М.И., Дедова Д.В. Расчетно-экспериментальное исследование трехслойных плоских панелей с обшивками из полимерных композитов // Инженерный журнал: наука и инновации. 2025. № 4 (160).
  7. Рабинский Л.Н., Мартиросов М.И., Дедова Д.В. и др. Исследование динамики композитных цилиндрических панелей с сотовым заполнителем с внутренними повреждениями под действием струи авиационного двигателя // СТИН. 2024. № 4. С. 30–33. 
  8. Каленов В.В., Савицкий Р.С., Баранников А.А. Исследование механических свойств трехслойных панелей с различными типами соединения сотового заполнителя // Труды ВИАМ. 2024. № 9 (139). С. 33–41.
  9. Биргер И.А., Панфилов П.И., Шорыгин А.Н. Прочность, устойчивость, колебания: справочник: в 3 т. Т. 1. М.: Машиностроение, 1968. 584 с.
  10. Каменев И.В., Семенов А.А. Устойчивость пологих ортотропных оболочек двоякой кривизны при шарнирно-подвижном закреплении контура // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2018. № 2. С. 32–43. DOI: 10.15593/perm.mech/2018.2.04
  11. Гарридо Силва Б., Алвеш Ф., Сардинья М. и др. Функционально-градиентные ячеистые сердцевины сэндвич-панелей, изготовленные аддитивным производством // Proc IMechE Part L: Journal of Materials: Design and Applications. 2022. P. 1–15. DOI: 10.117 7/14644207221084611
  12. Wang X., Li X., Yue Z.-S. et al. Optimal Design of Metallic Corrugated Sandwich Panels with Polyurea-Metal Laminate Face Sheets for Simultaneous Vibration Attenuation and Structural Stiffness // Composite Structures. 2021. Vol. 256.
  13. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластины и оболочки. М.: Наука, 1966. 636 с.
  14. Wang, E., Shukla A. Blast Performance of Sandwich Composites with In-Plane Compressive Loading // Experimental Mechanics. 2011. DOI: 10.1007/s11340-011-9500-5
  15. Рабинский Л.Н., Мартиросов М.И., Дедова Д.В. Поведение плоских панелей с сотовым заполнителем при наличии внутренних дефектов различной формы // Труды МАИ. 2025. № 141.
  16. Павлов М.В., Титов С.А., Свиридов А.А. и др. Экспериментальное определение действительных прочностных характеристик элементов композиционных трехслойных панелей, вырезанных из агрегата ЛА. // Механика композиционных материалов и конструкций. 2025. Т. 31. № 1. С. 101–116.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2025