Определение высоты сотового заполнителя ПСП.

Необходимо определить высоту сотового заполнителя, обеспечивающего устойчивость панели при сжатии и при сдвиге (их действие одновременное).

Определение высоты сотового заполнителя в зоне сечения 5’-5’. (Х₅ =846,395мм. – расстояние между лонжеронами). Для данного сечения: · толщина одной из обшивок = 1,17мм., · схема ориентации слоев: 0⁰, 0⁰, 0⁰, +45⁰, 0⁰, 0⁰, 0⁰, -45⁰, 0⁰, соты, 0⁰, - 45⁰, 0⁰, 0⁰, 0⁰ +45⁰, 0⁰, 0⁰, 0⁰; 49,05 даН/мм²;; 1,56 даН/мм²; 63,0 даН/мм², даН/мм², = 18060 даН/мм².

Зададимся следующими параметрами: высота сот 8 мм; расстояние между нервюрами 300мм; панель с полузащемлённым опиранием на каждую нервюру; для данной панели коэффициент защемления

6.2.1 Проверим данную панель на устойчивость по формуле . по [2], стр.63, формула (2.2):

Площадь сечения 2-х обшивок F = 2 х 1,17 х 10 = 23,4мм².

Момент инерции сечения: I = 2 х 1,17х 10 х ( ⁴.

Радиус инерции сечения , а ² = = = 21,02мм².

Запас по устойчивости 1,7.

6.2.2 Определение критического значения q_τ^крит. по формуле: q_τ^крит

см. [4], (7.15), стр. 164 и [7], (10) стр. 271 (приведенные ниже формулы относятся к конструкции из металла. При применении композиционных материалов в обшивках и при применении сотового заполнителя не из металлов в формулы должны быть внесены корректировки), где: D - цилиндрическая жесткость трехслойной панели, у которой обшивки одинаковой толщины (δ_обш),высота сот 2h, жесткостью сот можно пренебречь. D определяется по формуле [1], стр. 151

Е- модуль упругости материала обшивок. Для нашей обшивки из углепластика, для нашей укладки слоёв Е = 18060 даН/мм², толщина одной обшивки h = μ-коэффициент Пуассона для углепластиковой обшивки данной укладки в двух направлениях: μ_0,90 = 0,25, μ_90,0 = 0,17 (по расчётам, проведённым в ЦАГИ), μ² = μ_0,90 х μ_90,0 = 0,25 х 0,17 = 0,0425, а 1 – 0,0425 = 0,9575.

, где

L-большая длина стенки (ширина панели - расстояние между лонжеронами), L = Х₅ = 846,395 мм.

= = 12,84

m_s - коэффициент опирания кромок сотовых панелей при сдвиге, определяется по графику [2], рис. 7.55, стр. 165. Для определения m_s необходимо определить коэффициент параметра сдвига k по [5], (3), стр.269.

В₀

G-модуль сдвига сот. Соты ПСП с ячейкой а = 1,85мм, толщина стенки ячейки 0,04мм, удельный вес сот γ=0,048 г/см³, высота сот h = 8мм. = 90

= = 0,027. При и при K= 0,027 по Рис.7.55 б) [2] m_s= 8; где Н= 300мм (шаг нервюр).

= 12,84 = 12,84 8 = 102,72 . Действующее q_τ = 3,645 даН/мм

τ_{критич.}= = _. = 43,9 τ_{действ.}= 1,56

6.2.3 В соответствии с [4], стр.158, формула(7.3): по критерию прочности

+ = 0,59 + 0,001 = 0,591. Запас равен = 1,69.

Выводы:

1. Спроектирована трёхслойная панель с обшивками из углепластика КМУ- 7Л с сотовым заполнителем ПСП.

2. Толщины каждой из обшивок ( приведены в таблице,высота сот = 8мм (постоянная для всей панели).

Сечение	Схема расположения слоев	Высота сот.	Толщина одной обшивки.
5’-5’	0⁰, 0⁰, 0⁰, +45⁰, 0⁰, 0⁰, 0⁰, -45⁰, 0⁰, соты,0⁰, - 45⁰, 0⁰, 0⁰, 0⁰ +45⁰, 0⁰, 0⁰, 0⁰,	8 мм	1,17 мм

3. Шаг нервюр Н= 300мм. , опирание на каждую нервюру – полузащемленное. 5’-5’ – самой нагруженной зоны). Для зон от сечения 1-1 до сечения 4-4 шаг нервюр может быть увеличен, что необходимо определить расчетом. На Рис. 6 показаны предполагаемые оси нервюр, но они могут быть и другими.

4. Данная панель удовлетворяет требованиям прочности и устойчивости при их совместном действии. Запасы по критерию прочности и устойчивости при совместном действии сжатия и сдвига 5’-5’ – самой нагруженной зоны).

Рис.7.55 – см. [4], стр.165.

6.2.4 Определить (см.5.3 – 5.3.3).

7.ЧЕМ ЗАКОНЧИТЬ РАБОТУ?

В результате всех расчетов необходимо:

7.1 Определить и вес конструкций для каждого варианта. Пример приведен в п.5.3 – 5.3.3.

7.2 Построить столбчатую диаграмму. Самый высокий столбик тот, у которого – максимальные – 100%. Дальше по убывающей (в %) – остальные варианты. Под каждым столбиком указать вариант конструкции и ее характеристики.

Пример приведен ниже.

7.3 Сформулировать выводы.

Выводы

Диаграммы сравнения масс конструкций, выполненных из сплава В95п.ч.АТ2 (с различными стрингерами) и из композитных материалов КМУ-7Л, КМУ-4Э,01П И КМКУ-3.150.Э0,1.

b – Шаг стрингеров.

Вывод

Проанализировав диаграмму, можно увидеть, что применять прессованные стандартные профиля стрингеров не эффективно. Панель с сконструированными стрингерами оказалась легче (Особенно при правильно выбранном сечении). Панели, сделанные из композиционных материалов оказались гораздо легче ГОСТовского, и ещё они не подвержены коррозии, что делает применение композиционных материалов в современных самолетах жизненно необходимым шагом. Они позволяют спроектировать более эффективную конструкции по массе, также на порядок снижается затраты на эксплуатацию, ведь нет борьбы с коррозией.

При расстановке стрингеров с шагом 40 мм конструкция совсем немного выигрывает в массе, но в конструктивном плане применять шаг 140 мм наиболее рационально.

Список используемой литературы.

1. С.Н.КАН, Строительная механика оболочек, Изд. “Машиностроение”, Москва 1966.

2. С.Н.КАН, И.А.СВЕРДЛОВ, Расчёт самолёта на прочность, Изд. “Машиностроение”, Москва 1966.

3. М.Ф.АСТАХОВ, А.В.КАРАВАЕВ, С.Я.МАКАРОВ, Я.Я.СУЗДАЛЬЦЕВ, Справочная книга по расчету самолета на прочность, Государственное издательство оборонной промышленности, Москва 1954.

4. «Проектирование конструкций самолетов». Изд. «Машиностроение», Москва, 1987. Авторы: Е.С. Войт, А.И. Ендогур и др.

5.«Прочность, устойчивость, колебания», том 2. Справочник в трех томах под общей редакцией И.А. Биргера и Я. Г. Пановко. Изд. «Машиностроение», Москва, 1968.

6. А.А. БАДЯГИН, С.М. ЕГЕР, В.Ф. МИШИН, Ф.И. СКЛЯНСКИЙ, Н.А. ФОМИН. Проектирование самолетов, Изд. «Машиностроение», Москва, 1972.

7. Акименко А. А. (МВЗ им. М. Л. Миля), Аверкина В. Д. (НИАТ), Крашаков Ю. Ф. (ЦАГИ, отделение №3) Научно- технический отчет “ Исследование эффективности применения композиционных материалов в силовой конструкции вертолетов “, Шифр 003052-6, ЦАГИ, 1981.

8. А.И. Ендогур, М.В. Вайнберг, К.М. Иерусалимский. Сотовые конструкции, Выбор параметров и проектирование. Москва, «Машиностроение»,1986.