Несущая способность композитных конструкций с дефектом типа трещины при статическом и динамическом нагружении тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ



государственный комитет по науке и народному образованию рсфср московский авиационный технологический институт

имени к Э. циолковского

Па правах рукописи

ХАХЛЕВ Андрей Николаевич

УДК 539.3: 678.5

НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ КОМПОЗИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ДЕФЕКТОМ ТИПА ТРЕЩИНЫ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ И ДИ НАМИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

Специальность 01.02.06 — Динамика, прочность машин приборов и аппаратуры

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва

Работа выполнена в Московском авиационном технологическом институте имени К- Э. Циолковского.

Научный руководитель — доктор технических наук

профессор Зайцев Г. П.

Официальные' оппоненты — доктор технических нay^

Ванин Г. А.;

кандидат физ.-мат. нау* Поспелов Д. А.

Защита состоится 15 января 1992 г. в 14.00 часов на засе дании специализированного Совета К 063.56.02 при Москов ском авиационном технологическом институте им. К. Э. Циолковского по адресу: г. Москва, ул. Ульяновская, 13; почтовые адрес: 103767, г. Москва, К-31, ул. Петровка, 27.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Мое-ковского авиационного технологического института им К- Э. Циолковского.

Автореферат разослан . декабря 1991 г.

Ученый секретарь специализированного Совета

Солдатов С. А

ОНЦЛЯ ХЛРАКТЕШСтаМ РАБОТЫ ' АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ.

Опита кз наиболее перспективных путэ!* применения коупозиг.ион-•ix материалов является их использовании п жокстдокилях различного эаа лопаток ггурбомашин, логмстэй вйнтоя самолетов я вертолетоп Kjr/гих агрегатов летательких аппаратов, что позволяет в avu;ce?~ uiKoit мере повысить их ресурс и жишчесть, снизить »есовче жагагели и материалоогасс?ь, обеспечить возможность упразднял

ючностными, коскостнкыи ХарЗКТерйСТИКЗЮП, сукйо'шглно уиеллчитт: противтмеглооть разрушению от разного pona дефектов.

Практика эксплуатации рассматриваем« конструкций пояозн-зт, что возможны случаи быстрого разрушения ггж рабочих трузках: и снижение ресурса в десятки pan по отногаэнию гг мини-гыго установленной величина. Анализ подобных, случаев яоказывает, ) причиной разрушений является трешиня, поя«ляодаяся чаще псего porracee изготовления яте эксилустядие композитных чэасли.1. тому оценка яапря'шшо-пефоршгроваявого состояния з это екга, расчет параметров трещинсстойкости с целью применения ¡ввтеттгвцего критерия разрушения, оценка несущей споооб-ги иомтозигпкх конструкций для разл1Р1Них шгг.оп отатпоокого шэшческого нэгдеженпя ягяяются весьма атзвгпнми зая.ччсш.

НОВИЗНА РАБОТЫ Ж'ЖЯЛШЯ:

- в созпашш методики учета опшгоио!! РолпнеЯноотп упругого 'рглтрованпя ертотропиого тола и разработке теоретической моаоет кейного появления скоистих гибридных матерка лев равновесной ктурн;

- разработке метопол опрепэления характериетт' тресяиостой-s нечиь-'Чно-:/пг1.угих и олоиотнх гибрвпчнх материалов при

ти поперечной сквозной тующизн в яолояяях ирпткопрешмюго

кзглбч, растяжения и ударного изгиба;

. - в сознании экспериментальных методик нахождения параметров разрупгнет прмлоьигяых метериалов с :учетсм особенностей "структуры и геоиотрия трещины при статическом н каноническом нагрргении; . ■

- в зывоье и численном решении дифференциальных г/равнений анчмкчпекого разрешения композитных материалов о учетом пфйектов нелинейности, вида и направления армирования;

- б расчете несущей способности таких конструкт;!; как лопатка осевого вентилятора, лопасть винта самолета, лопасть пекущего ванта вертолета и модель поарегакторной балки Еортолегс при наличии кефекта типа трещины в условиях воздействия эксплуатационных нагрузок и ударного нагружения стальными шариками различного шкалатра.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ результатов исследований состоит ■з получении комплекса механических характеристик конструкционны; композитные материалов к параметров статической и динамической трсгцшюстойяости; установлении степени влияния нелинейности деформирования, скорости разрушения на характер распределения наполнений в окрестности вершины трещины и динамических КШ; енродзлатао критических длин допустимых дефектов и масс сферических у парников, характеризующих несущую способность композита конструкций; создании пакета прикладных программ для ЗШ,

ВНЩРШИЕ РЕЗУЛЬТАТ® И ПОЛУЧАБШЙ Э5ФЕКТ.

Получаемы?} эффект достигается усовершенствованием методе расчета конструкций типа лопастей винтов самолетов и вертолетов ,то!:аток г.урбошшгн, опементов крепления редукторов из однорога* и гибридных композатоп, сокращением врекеии расчета ¡этом пепоз

зовагшл пакетов приклшши* nporpot.ii.

Иродложеннда негодн опрвтелашгя характерно:.к трепшноото1!кости лэззоллют сократить число оксперга/гонтов и (гошсать точность пояучаемнх результатов. *

Все это шесте взятое позволяет обеспечить заагашшо тактико-технические пг.-шие, ресурс и югаучость на стации пооектиро-зания композитных изделий. Годовпй экономический эффект он» виэдренкя

нлшзмквккых результатов составил 50 тыс. рублей,

АПРОЕ^М РАБОТЫ.

1

Результаты работы доклаякшлись, с<5ет вдались и были олос!-зоны на П я ХП науччо-тэхякчосних чон^аренциях иолсдпх ученых I саециалисгсв МАТИ им. К.Э.Циолковского (г.Мрсиеэ.ТЭЗЗ i' 1989г. г.), ювэдзовсвих на/чно-техиичеотих конфереццига "Геометрические «заеяты проектирования, технологии изготовления, деформирования I разрушения элементов лзтэтельних эппарзтов'Чг.Москва, 1936-91г.г.), ¡оесоюзных научао-твхнгсчесааг конференциях ".^энь советской на7кк и ДДНХ"(г.Москва, 1983,1989,1991 г.г.), Ш Всесоюзной на.учно-•ехничеокой нонферсяш™'''Прочность,., жесткость и технологичность [ЗЕвлий иэкомпозиционных материалов "(г.Запорожье,1989 г.), [ежшмропной конференции го композита».! (г.Москва, 1990 г.). .

. ОБШ РАБОТЫ.

Диссертация состоит из введения, пяти гл?*\ выводов я писка литературы. Работа -содоржи-г 135 страниц текста ,19таСлиц,?3 ийунка. Вк$,отсг'рафю1 содержит ПО наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В ПЕРВОЙ ШВЕ кап анализ отечественных к зарубежных абот, поовященннх проблемам расчета и экспершен_ального чределения параметров разрушения конструкционных материалов, ценки напряяенно-цефорг.ированного состояния по фронту быотро-аззивапцейсл трещины, разработки различных вариантов мотелей,

описывающих ^нелинейное механическое поведение стригктурно---йеоинороднкх сред.

На основании обобщения литературных данных рассмотрением работ Амбарвдмяна С.А., Болотина В.Е., Борисковского В.Г , Берекницкогс Л.Т., Ванина Г.А., Васильева В.В., Зайцева Г.П., Малмейсгера А.К., Махутова И.А., Партонз В.З., Поспелова Д. А., Сютры A.M., "¡тепанычева Е.И., Стреляла BJG., Трунина Ю.П., Степанова Г П., Дагиейла, Ирвина, Либовитца, Райса, Си, Фучзеи, Хапг»на и пр. сформутированы основные задачи работы:

- теоретелесное и экспериментальное исследование законе. -pH остей не ли шйко-дару гого деформирования композитов и оценка Виталия нелинейности на характеристики статической и динамической трещиностойкости;

- раьра„отна мзтодоь расчета характеристик трещиносго:* -кости слоистых, в том числе и гибридны" материалов в .условиях статусного и динамического нагрукения;

.. г- разработка метода .расчета чарамзтров "тазрушения для нелинейни-упругих композитных материалов с трещиной при кратковременном нагрукени;

- получение .уравнений динамического разрушения анизотроп-шг'. тел с .учетом аффектов нелинейности и типа армирования и

t разраЛот.,а' эффективного метопа численного решения;

- оценка нео?/щей способности композитных конструкций при наличии дефекта/сипа трещины в условиях статического приложения зкеплуг ациопых нагрузок и ударного г грркения.

ВГ ЬГОРОЙ ГЛАВЕ приводится соотношения между напряжениями и пеф'чмацаями, отражающие сдвиговую нелинейность ортотропчых. ' тел при плоскй н^дря.лтог.; состо...пш. Эти соотнош.~чия получены «»■основе пои- она, использующего функцию плотности ynpwroij ' деформирования.

В частности, если геи координат пове; с/тн на некоторый ' »гоя' 9 относительно содшнх направлений прчкро'ззиил, то физические зависимости rrmw слотерятям ъОрглги:

tó'iJ-tQijKól^íe'JlTlíe'i}, i.j = U6 in

rae Qlj- жесткости материала, гычис леш-мо ття данного угла f ¡

(Т! - шт]ища трпнсфспАчщга; ^(Éi)- нейстлмтельчн^ керскт. кубического < г^певят типа:

+ 4т*0 (2)

bit bit Ofetu ti bit,

В уравнении (2) S^- спвлгоа.'!.-ч гсопаглигссг;,, Ошь -константа

податливооп: четвертого поршня, определяемая окепзрименталъно из нелинейной шмграмш ейдагя конкретного материала, с £.6 равен:

E¡ = 4sin2fCOSZí(£¡-£,Je+2(StnSfCOSf -SLlHC0S5v)£fi-

^-^(msinvosw/ (5)

Для гибридного слоистого мгторчала равновесной структуры физические соотношения будут miei?- с леку дай вид:

Ы-lAijHei),

где обобщенные жесткости A'ij определяются по известным выражениям для слоиемх пластан через некинойнне жескооти отдельных слоев, составляющих гибридный пакет, которые и соответствии с выражением (I) в общем зиде равны:

где к •• номер iro.i, - угол армирования к -го слоя.

Предложенные модели нелинейно-упругого деформирования dtyjuvr в дальнейшем использованы при анализе разрушеыы композитных материалов. ;- •

4 Из литературного обзора можно заключить, что пока ейр недостаточно разработаны методы расчета характеристик трещино-стойкости шбрилных материалов слоистой структуры и композитов, обнаруживающих :елииейное поведение. В настоящей работе рассматриваются некоторые случаи нагружения подобных материалов*

Для гиб^идиой пластины симметричной укладки при наличии поперечной сквозной трещины при приложении растягивающей нагрузки получена ;вязь мэхпу к 'лэффицивняаии интенсивности напряжений (КШ) всей пластины в целом и отдельно взятых слоев в виде:

' ki=4- i krbk (5)

L «к П Ы .

где Пип- общая толщина гибридного ткета и, толщина К -го

слоя, со^ветственно.

. ,T3ffl отдельно слоя опрэдедягтея по следушгй форлуле:,'

+Q«(A<zA?i-M«)], г.а (6)

u Д» A^iAjArAuJ-ArCAuAirAaAzil+A^tAuAK-'Ar'Aj

J,- . . поправочная-функция на,размер трещины?

гющишга дентальной трещиш. Заткем ■ а работе приводятся выражегчя для. КИН гибридных пластин в ."асто ьотрече эдихся частных члучаях растяжения вдоль и nonepei ер.г-'розаш'ч.

■:В случае поперечного изгиба ^югослоЬиой гибридной балки с^детричной стдукас ры относительно зредшшой координатной ,'совёрхноота вщясения для КЛК предлагается записывать в- слег

гяе Р- изгибающая иагтх73ке;|_,6,Ь - гзоивтрмгаескяо параметра балки; 2 - длина трзщшн; Ц^Ои' - жесткости ншинго слоя, где аейегвуер тшшганоз гапрчнсакие; Оц - обобщенные изгиб-ныв кесткости. '

Второй тйяшой характеристикой троикноото!!кости материалов является J -интеграл, историй для ликейно-упрш'х ортотроп-иых материалов при раотятвнки г частом о центральным надрезом дтеиной 21 можно рассчитать из залиеавной диаграммы рчзрушония образца из такой форду то:

где - работа разрушении, определяемая площадью поп ш*аграм-. ной разрушения, 5у - податливости материала. Выразив в уравнении (8) чераз.обобщенные яесгаоети по пзваотнш в литературе соотношениям, мокло оценить значения JI для габриднтг:о пакета.

Для нэлинеАно-упргпгс материалов в работе преалоарн метод определение J - интеграл, исхсдя аз записи диаграмм разрушения двух идзнтичннх образцов с различным" длинами ■грецив. В основе предложенного подхода лежит трактовка

J - интеграла как энергии, затрачиваемой на то чтойьг трещина распространилась на .лишит; длины. Витого для случая растяжения плаотинн с центральным надрезом йупем пметь:

Для поперечногс изгиба: ^

4Здесь -Ь, л - толщина и ширина образца; Е> - остаточная длина сечения; £ - раскрытие надреза; ЪЛг- Длины надрезов, причем К ; Р г , — нагрузки, снимаемые о гаю грамм разрушения образцов.

Дль расчета критических значений .Лц , характеризую^ трещиностонкость ыатердалов, необходимо в формулах (9) и (10) в качестве верхних пределов в интегралах подставить критические з;.ачени'- раскрытия надрезов Зс в момент начала, роста трещины из вершины надреза.'

ЧредложешшЙ метод позволяет существенно сокргтить количество г Зргзцоз и, сос-ветствезно, время и стоимость, испытаний по сравнению с внергетичеохтал мет о дои Бхгли-Лэндиса и повытет точность и обоснованность результатов по сравненгч с шроко распространении методом -Райса опрьделения ^ -интеграла по записи диаграммы разрушения только одного образца.

'коэффициент интенсивности напряжений для ^елинейно--упругих' материале-: предлагается-рассчитывать по предглрительно определенному J - ингегрш и на основе ярки той модели нелинеЧно'-о деформирования соответствии с выражением:

К| = \1--т.---л— « где (41}

V !¥■ К^ЗД^.

- < + С

77- О««

б* - непряжение, определяемое из пссЬдоли' ейной диаграммы разрушен»!, ллспэдь под которой пслчсна быть равна площади под действительной котнпИио? пилгрллгой. •<!

В ТРЕТЬЕЙ Ши втгаоллтая ;;ппзнешш ¡шнаиичесного разрушения материал.? г скпч'.с бвдгродвгяущейсл з ортстропной среде трещины. На сс-^пе '«»звеопш: соотношений теории упругости, представляя перемещения вблизи лериптнн трещины в виде:

■и(«,м)- ^и(й)та)

; (12)

'ЛУ(у)та)

где 7,8 - полярные кооргогастн с начал»! в зерляне пдшцусюйся трещины, ^ - время, и на оопо'",; принятой конолп нелинейного деформирования, получим в итоге слгцувдую систему шгффорен-циальных ураэнени:!: • ' •

КО« ^5)5Шг9 ♦ ^ЬйааЮ-'

В этих уравнениях яесткости С]у определяются в соответствии о выражениями, аналогичными соотношеизмм (4), где под .углом ^ понимается угол мекду направлением дайнсешя трещины и направлением основного армирования; , |^=Сг(4)/Сс -отношение скоростей трещит: и волн оишга для данного матерка-' лг5 - с'обценная сдвиговая податливое :ь, выражаемая через податливооти материала. . ■

' ;идаая получена/ю систему можно получить перемещения вблизи фронта разрушения, а затем по кзве чины ооотношенкям-кеформзцпи • и напряжения. Динамический КИН определяется по оледувдеда виракению:

= ' (ц)

•г-о

е-о . . .

Б работ-!, кроме того, получены уравнения динамического разрушения ортотрогшых и многослойных гибридных материалов, когда траектория ■■тэикеция трочршы совпадает- с направлением главного • армирован! д. 1 , •■

. Для численного/' решения дифференциальных уравнений • * ^амнческо'го разрешил прикенялея иет-,д конечных разноотей, когла вся область рекеняя

еЧоД)

взбивалась '. \ та: олределенноу'коглчество у зло" и пр оизводные в централы« ; злах аппроксимироэались цен .тральными разностями, , а во вСярону.д -озг'ютороншз.н. В итого образовывалась ~иотема »иней''Ьс; алгебраических уравнений, реюаелшя методом Гаусса с • йсполт поздние... с гангшртыкт подпрограмм о выбором »'лавного

Для иллгоотрацта разработанных методов бнлд произведены

асчеты напряженного состояния'и динамических КИН при распрост-

ацении трецинк. в стеклопластике ВМС-6 пои углами 0°,90о,25° ж

5° как- р .учетом, так и без учета иеятаейнмтя для различиях

тяосителыш: скоростей разрушения. Показано, что возникающие

елинейные эффект существенно влияют на характер распределения

алря&ений вблизи чершшш трещины и значения динамического КИН -

даньшаются-0'возрастанием сгорости трещины.

К одному Из видов динамического разрушения относится и

1 ч

^арнга; В работе рассматривается ударяй поперечный изтт^б балки •кпаевш .надрезоч и выводится формула, сзязываидая КИН с растры-гем надреза $ в-зеео. •' . . . ■

Кг- урЯ (НЫ)А^Ср,♦рг)\ .у.5": 05)

[есь ; & - расстояние, до нейтральной оси, у, Щ -

тг/ые части щрней харэктортотичеохого уравяения данного териала; . б - нскинально^.напряжейиеГ ' '

Для удачного растякешш пластины с центральным надрезом ииоЗ 2 динамический КИН предлагается раоичитывать по едущей-зависимости:,,

• М^тр,-^. Г т

ягчнше выражения (15) а (16ч'исдольаурмя'^/ галичшс спериыеятадьных диагреш тз^шеты, образцовиз которых-ределйется значение <5 V трейу^мнй момент вромекг 1тич«ские значения динамических КИП соотву^стауют критическим-сичмнвм рас^рцтия 5с : Т момент старта трег да /3 лерзоиа-тьного напреза. ,

7.2

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ представлены экспериментально опреяелег -ные характеристики упругости ряда композитных материалов, использующихся в конструкция^ лопаткх вентилятора, лопастой самолета и вертолета и модета подрепунториой балки. Приводятся диаграммы дефорлированкя, подученше экспериментально и теоретически на основе модели- нелинейного деформирования. Из сравнения результатов видно, что сходимость влолке удовлетворительная. .

Ня основе ejc;c изложенных кпгодов определялись критические ког)1>7ищентк кптецрирьо.-л-и напряжений и J -интегралы для ' линейно-упрг,'гях манерна лез гам стеклопластиков AOTTCS)-^, Т-Г5(Ш) и углепластика ЛУ-3 с .углами армирования 0° и яяя нелинейно-упругих'-штершлов типа стеклопластиков ШО-6 с . углом V -25° и ЭДТ-Ю с i = 5°. На основе соотношений (5) . определялся Щ1- для гибридной лопасти вертолета, состоящей из набора чередующихся слоев ЛУ-3 и Т-25(Ш). В раооте приводятся типичные * «сграглы разруиснля отдельных материалов и гагасив^ется разработанная автором экспериментальная методика записи диаграмм с использованием скоростной киносъемки.

■ . ' . N

Характеристики ударной треа^иосгойкости указанных выше материалов определялись на;комплексе "Энеррис", состоящем т,з маятникового копра 2033КМ-0.4 и электронно» системы регистрации параметров разр(ушения " OATA.V.S 6560 . Приводятся типичные тааграг 'разрушения и из сравнекш: статичеоких к динамических значений характеристик трециностойкости видно, что скорость деформирования оказывает существенное влияние на процесс разру:петш.

В ПЯТОЙ ЕЯАБЕ, анализируется несущая способность исследуемых конструкций в условиях стгтичгскоро приложении зкеялуатациошш нагрузок ж ударных воздействиях в лредлслояешш на лятая дефекта

типа сквозной трещины в наиболее нагруженных зонах.

Экспериментальные и теоретические исследования показывают, что разрушение таких конструкций как лопасти происходит от пормал1Ных напряжений, раскрывающих .береге поперечной трещины. Поэтому с работе определялись только нормальные напряжения, вознйкьсщке от эксплуатационных: нагрузок. При этом эпюры распределения нормальных напряжений определялись расчетным путем для лопасти самолета г лопатки вентилятора, экспершснтально-для лопасти вертолета методом, тензометрирования при-полете на .-.аксимальной скорости. Для мспели. подрсдукторной балки проведении:; расчеты подтверждены экспериментально методом' тензометри-эования в ряде выбрани.:х сечений.

Статическая несущая способность изделий оценивалас ь по гакеималыго допустимой,- критической длине, дефекта, расположенного ) сечении, гае действуем максимальное рабочее напряжение. Дг" , л'ого строились расчетные графики зависимостей К,Д и J -г: /тсг->алоз от возможных длин Трещин при выбранной максимальной наг-стзке и на них наносились критические значения характеристик 'рещиностоЁк'ост'! для;конкретного материала конструкции, что [ позволяло найти критическую длину дефекта.

Для лопаси самолета критическая длина дефекта .составила 16$ от хорды сечения, .а для лопатки'^нтилятора - 67Й St и' озволяет сделать вывод, что .стеклопластик об-ддает высокой опротивляемос- 'ьга разрешению.\ , ' '

.Для лопасти вертолета'отдельно';определялись значения КШ ■ -1 ■ , 'J~ ' ля составляющих слоев и гибридного,'набора ч целом. • Анализ

05Уче.'.ных результатов показывает, что разрушение "ибрйдного ' або; с/дет начинаться в слоях углепластика, для Kt .ор' xi ре цельна я arm.hu трепан составляет 4,36» о. хорды сечения и

• . 1.4

введение слоев углепластика вызывает уменьшение критического , размера-трещины на 22% по сравнению с полностью стеклопласти-■ ковой лопастью. . "

Для медели почредукторной йалки сравнение рассчитанных величин К1 и ^ с критическими значениями показывает, что при выбранной расчетной нагрузке развитие трещины из предполагаемого надреза не произойдет, а потеря несущей сдособ-' посте произойдет, как показали испытания, вследствие отклеивания металлического П- образного фитинга, имитирующего узел крепленля редуктора.

/' ; Характер эксплуатации .лолостей винтов самолетов и верто-летов\обусловливает возможность ударного столкновения с посторонним:!' превметают-гради1!а1жи,птацами, снарядами и т.д. поэтому-' з работе производилась оценка неоущей способности конструкций при условии их взаимодействия со стальными сферическими удар-' пиками различного.диаметра. Как и ранее, предполагалось, что. дефект располагается в'' зоне действия максимальных эксплуата- ■ ' ционных напрлнгокий, но к статическим нагрузкам добавляется ударная -составляющая, чрпредеяяемая ^ соответствии о теорией упругого соударения Герца.- В соогруствйи с э-тш рабсчи^чвалис: величина динамического КИН для различных длин трещин и маоо ударников и производилось их сравнение о критическими значениями, определенными разве при испнтаниях на..ударную тредино-

сти&ость, что лозвотало определить предельно допустимые размера ,.'.■'- ■ ■ - ' -трещины для .ударника конкретного диаметра. У

Для оценки драентоз&и развиваадейся треадны, определена . характера ее движения в матэриезе, мест уотаноЬки„отопперов и т. важно знать характер распределения динамических напряжений по .фронту разрушения. £ этой целью для всех исследуемых композитны*

wöx™ <з*/иГ\ wt«

15

кал

Т7 \ /\ :

\ ; т / : * / Я 9 /

1

Рис. I.

1.01

P¡1c¿¿.

/

конструкций на ос.шве полеченных в третьей главе уравнений динамического разрушения рассчитывались пом относительных ка сателышх к иошальних :напргжзний, причем особый интерес вызывает характер распределения напряжений 6 у, раскрываювдх серого трещины. При прочих равных условиях их максимум определя я т наиболее вероятную траекторию движения трещины. Проведений анализ показал, что в соответствии о этим критерием траен-. тория разрущзния примерно совпадаем с направлениями главного . армирования для данной конструкшш, что подтверкдаотся к. экспериментальными коследоваииями. В качестве примера на рис. I и 2 приведени эпюры напряжений.для лопатки вентилятора и'-гибридной- лопасти винта: вертолета.

• Расчетные данные такта показали, что учет нелинейности, прсБваекний в случае модели исдредукторной балки, . полученной намоткой ВЖ-6 под углом 25° к оси, оказывает заметное влияние на хар<г-'ер.распределения, динамических напряжений, чт~ можно'объяснить том, что вблизи вершины

тре сданы деформации и соответствующие им ппряжения велики и

ч>

эффекты нелинейности проявляется весьма сильно.

' ОСНСВШВ ВЫВОДЫ

1;. Разработана методика учета сдвиговой нелинейности ■ упругого деформирования ортотролного тела в общих уравнениях теории упругости и предложена модель нелинейного поведения слоистых, в том число и гибридных композитных'материалоь равновесной структура.

' 2.Прёдложены методы расчета коэффициентов интенсивностинапряжений к J интегралов тганейно-упцугих слоистые гибридных композитов при налтгл поперечно" сквозной тещины.

Установлена взаимосвязь и жду КИЙ всего гибридного набора э целом а отдельных составляющих слоев. .

3. Предложены методы расчета характеристик трещино->тойкосги нелинейно-деформирующихся композита, материалов, остановлена зависимость меяду параметрами разрушена .указанных-латериалор. на основе модели нелинейной упругости.

4. Еазработечы экспериментальное методики определения арантеристии трещиностойкоа.и конструкционных композитных 'атериалоэ с учетогл особенностей структуры и геометрии трещины

I

фи кратковременном статическом изгибе л растяжении.

5. По луче ни -¡истомы разрешающих дифференциальных уравие- ■ 1ий, описывающих-динамический процесс разрушения авточоделыого ^ракгера композитных материалов с учетом' направления распространил трещины и вида армирования. Разработаны методики и програм-ы расчета на ЭВМ динамических полей перемещений, деформаций'' апряяенйй и коэффициентов интенсивности напряжений в окреот-ости фронта разруезния для гибридных, линейно- и нелинейно-пругих композитов, Показано, <что значения динамического КИИ меньпрютоя с ростом; скорости разрушения. •.;•.'

Расчетный анализ показал, что значение пелинейк :х дина-ических КИЙ оп]-эделен'ные при распространении трещины стекло-ласт е ВМС-6 под углами 25° й 65° ^ направлении ось.лного ршгрования меньше соответстнуга'шх линейных в- вто"' на 41% и 3$. Для угла разрушения 90° не лине!, не эффекта проявляется есьма слабо я значения танейного'1а.^неш1ей!Ю1'о)КШ:п^п'ктк--!:

ески совпадают. Тако{; же результат монно п. огноз'фэЬз&ть, и *

„о ' - • ■ >>

угла разрешения 0 . :

6. Получены формулы и предложены экспериментальные/ мотошго я?, определения "чнамг'еекк кеэффчщзнтоэ интенсивности наггря-зяий одь .<род71у-'. к табркдшх К0МЯС а-Ъв' при'УйарЙО?« изм 3 ^ \

растясении. ;

7. Экспериментально подучены комплексы -механических характеристик и характеристик трещшостийкости pjjjia композитных ка-' тершлов ггеи статическом и' ударном нагрукении на основе рааее разработанных мето;шк. Показано, что скорость деформирования оказывает .существенное влияние на трещиностойкостъ. •

. С. Произведена оценка несущей способности такт: ксшозит-ных'конструкций как лопатка осевого в&нтилятора,;лопасть винта самолета, лонкерон лопасти. несущего винта вертолета и модель лоцредукторной балки вертолете при пре'дполагаеглл наличии i'penwr различной длины в наиболее загруненных зонах как в условиях статаческого, так и динамического ударного нэгрукения. Определены предельно допустим« размеры дефектов и критические массы ударней св. Показано,, что стеклопластиковые конструкции обладают высокой .чесущей способностью, а ка.^ичие слоеч угле-, пластика сникает трещин'оотг "кость конструкции.

' Ö. Рассчитаны динамические поля напряжений в окрестности фронта разрешения в случае динамического рот га грзщшш в рас- . сматриваемых конструкциях, что позволяем выявить возможные траектории распространения трзцинц,' определит* мастбраспло-ксение и материал GTonnepbe, оценить оптимальность ариирбгавия и ряд других факторов.. Показано, что для всех расчетных случаев траектория трещины, орс-штаровочно совпадает с направлением основного армироваки.-. Pro .хорошо согласуется с экспершенталь-ными данными известными из литературе. •

. ОЗНОВДОЕ ССЩСРШИК ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО'Б СЛЭДТИЩ РАБОТАХ: ■ ' ' .

, I. Хахаев А.Н., Силантьев O.A. Оценка трещиностойкости ДМ.

Tpvzw IX научно-технической конференции MATH им.К. Э.Циошгопского-"М : МШ, 198В г. 0. 53-62. Деп. в НЮ, J' 5203-В88.

2. Зайцев Г.П., Хахоев А.Н., Силантьев O.A. Быстрое распространение трещины в ортотро.чных материалах. // Физико-химическая механика материалов, Львов, i? 5,1909.С.70-71,

3. Хгхаев А.Н,, Евсеев Е.Г., Силантьев O.A. Динамическое поведение КМ при ударных воздействиях. Сборник тезисов докладов Ш Всесоюзной научио-технической конференции "Прочность,жесткость и технологичность изделий из КМ". - Запорожье,1989.-С.14-15.

■1. Хахаев А.Н., Евсеев Е.Г. .Силантьев С. А. Динамическое поведение композитов с траданаш. Сборник тезисов докладов . Всесоюзной научно-технической конференции "Современные проблемы механики и технологии машинострозкия".' - Москва, 198Э г.- С. 26.

5. Зайцев Г.П., Хахаев А.Н., Евсеев Е.Г., Силантьев С.А. Динамические задачи деформирования и разрушения КМ, Сборник тезисов докладов Московской международной конференции по композитам. - ГЛоеква : Академия наук СССР. ISSO-r.-G.

6. Хахаен А.Н., Силантьев С.А. Енстрое разрушение атанро-вянннх пластикор. Сборник тезисов докладов научно-технической конференции "Геометрические аспекты проектирования и технологической надежное".".! элементов ЛА".- М-: MATH, Т9Э1 v. -Ü.5,

?. G.P. layisev, SASy'ianiiev, E.G. ßseei/1,/!N.Hahae«/.