Разработка методики повышения прочности тонкостенных элементов конструкций из композиционных материалов с дефектами типа расслоения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.04, кандидат наук Чермошенцева Анна Сергеевна

• Чермошенцева Анна Сергеевна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Чермошенцева Анна Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУЦИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С МЕЖСЛОЙНЫМИ ДЕФЕКТАМИ

1.1. Исследование межслойных дефектов в слоистых композиционных материалах

1.1.1. Анализ современного состояния работ по расчету на прочность тонкостенных сжатых колец и цилиндрических оболочек из полимерных композиционных материалов с межслойными дефектами

1.1.2. Межслойное разрушение слоистых композиционных материалов

1.1.3. Обзор современного состояния работ, посвященных численному моделированию элементов конструкций из полимерных композиционных материалов с межслойными дефектами

1.1.4. Экспериментальное исследование элементов конструкций из слоистых полимерных композиционных материалов с межслойными дефектами

1.2. Оценка современного состояния экспериментальных исследований физико-механических характеристик композиционных материалов за

счет введения нанодисперсных добавок в связующее

Выводы по главе

Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ СЛОИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С МЕЖСЛОЙНЫМИ ДЕФЕКТАМИ ПРИ ДОБАВЛЕНИИ НАНОПОРОШКОВ

2.1. Экспериментальное исследование механизма разрушения слоистых композиционных пластин с межслойными дефектами при сжатии

2.2. Экспериментальное изучение влияния степени наполнения смолы ЭД-22 гидрофобными нанопорошками на прочностные свойства полимерных композиционных материалов при растяжении

2.3. Экспериментальное исследование образцов из слоистых композиционных пластин с межслойными дефектами с добавлением

нанопорошков в связующее

Выводы по главе

Глава 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ И РАЗРУШЕНИЯ ТОНКОСТЕННОЙ ПЛАСТИНЫ С ДЕФЕКТАМИ ТИПА РАССЛОЕНИЕ ИЗ СЛОИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

3.1. Аналитическое определение критической силы для сжатой слоистой пластины со сквозным дефектом типа расслоение

3.2. Примеры расчета критической нагрузки многослойной пластины с межслойным дефектом

3.3. Аналитическое определение разрушающей силы слоистой сжатой пластины с расслоением

3.4. Компьютерное моделирование пластинчатых элементов конструкций из полимерных композиционных материалов при

наличии дефектов типа расслоения

Выводы по главе

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ТОНКОСТЕННЫХ СЖАТЫХ КОЛЕЦ И ПОЛУКОЛЕЦ С ДЕФЕКТАМИ ТИПА РАССЛОЕНИЕ

4.1. Экспериментальное исследование слоистых полимерных композиционных материалов с межслойными дефектами типа

отслоений

4.1.1. Подготовка к испытанию и проведение экспериментальных исследований кольцевых образцов из полимерных композиционных материалов

4.1.2. Результаты проведения эксперимента

4.2. Численное определение критических и разрушающих нагрузок сжатых колец и полуколец из полимерных композиционных

материалов с межслойными дефектами

4.2.1. Методика создания математической модели сжатого кольца

4.2.2. Методика создания математической модели сжатого

полукольца

Выводы по главе

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

КМ - композиционные материалы

КЭ - конечные элементы

МКЭ - метод конечных элементов

НДС - напряженно-деформируемое состояние

ПКМ - полимерные композиционные материалы

СКМ - слоистые композиционные материалы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики повышения прочности тонкостенных элементов конструкций из композиционных материалов с дефектами типа расслоения»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Принципиальное значение замены традиционных конструкционных материалов на многослойные композиты состоит в том, что вместо металлов с одинаковыми во всех направлениях свойствами появляется возможность использования новых материалов с различающимися свойствами в зависимости от ориентации наполнителя. Несмотря на высокие физико-механические показатели многослойных композитов, использование их в машиностроении, особенно в авиастроении, требует учета присущих им специфических особенностей, таких как вероятность присутствия скрытых дефектов, в виде нарушения сплошности материала по поверхностям раздела отдельных слоев. Наличие межслойных дефектов в элементах конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ), связанных с несовершенством технологии их изготовления, а также сложными взаимодействиями компонентов, приводит к снижению прочности таких элементов. С развитием наноиндустрии появилась возможность повысить прочность слоистых композиционных материалов за счет введения в матрицу различных видов дисперсных наполнителей, таких как нанотрубки, наночастицы, нановолокна. Достоверно оценить несущую способность элементов конструкций, имеющих технологические дефекты, можно только расчетно-экспериментальным путем. Следовательно, разработка методов оценки прочности ПКМ, математических моделей деформирования и межслойного разрушения, развитие методов экспериментального исследования деформационных и прочностных свойств конструкционных композитов, оценка опасности технологических и эксплуатационных дефектов, возникающих в элементах конструкций, возможность их локального упрочнения можно считать чрезвычайно важными и актуальными задачами.

Цель работы: Повышение прочности тонкостенных элементов конструкций из слоистых композиционных материалов с межслойными дефектами на основе проведения экспериментальных исследований и

математического моделирования с использованием разработанных уточненных расчетных методик.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

1. Провести экспериментальное исследование по определению критических и разрушающих нагрузок при сжатии многослойных пластинчатых, кольцевых и полукольцевых образцов со сквозными межслойными дефектами из стеклопластика и углепластика.

2. Разработать методику введения нанодисперсных порошков с различной массовой концентрацией в полимерную матрицу с целью повышения прочностных свойств композита.

3. Создать методику аналитического определения критических и разрушающих сил сжатых слоистых пластин с дефектом типа расслоение с учетом углов укладки волокон по слоям композитов.

4. Разработать методику численного расчета критических и разрушающих нагрузок для плоских, кольцевых и полукольцевых тонкостенных слоистых элементов конструкций с расслоениями при сжатии.

5. Провести верификацию разработанных методик аналитического и численного расчета критических и разрушающих нагрузок для плоских, кольцевых и полукольцевых композитных элементах с отслоениями.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались: метод конечных элементов, метод расчета тонкостенных пластин с дефектами на устойчивость, методы механики разрушения, экспериментальные методы.

Научная новизна работы состоит в следующих положениях:

1. Проведен цикл испытаний на сжатие тонкостенных многослойных пластинчатых, кольцевых и полукольцевых образцов со сквозными межслойными дефектами и получены новые опытные данные по прочности таких элементов при сжатии.

2. Создана методика введения нанодисперсных порошков (диоксид кремния) с различной массовой концентрацией (от 0,1% мас. до 0,5% мас.) в полимерную

матрицу композита для исследования их влияния на прочностные свойства ПКМ с дефектами.

3. Разработана аналитическая методика определения критической силы сжатой слоистой пластины с расслоением с учетом различия упругих свойств ортотропного материала на основном, дефектном и отслоившемся участке.

4. Создана основанная на решении задачи механики разрушения с использованием понятия /-интеграла аналитическая методика вычисления разрушающей силы для сжатой многослойной пластины с дефектом типа расслоение.

5. Разработана методика численного расчета критической и разрушающей нагрузок для сжатых пластинчатых, кольцевых и полукольцевых тонкостенных элементов композитных конструкций с расслоением с учетом последовательности укладки слоев и ориентации волокон.

Достоверность результатов и выводов в работе обеспечивается корректностью постановки задачи, строгостью и последовательностью математических выкладок, применением классических подходов и методов механики деформируемого твердого тела и механики разрушения, тщательным тестированием используемого программного обеспечения, а именно конечно-элементного комплекса ANSYS, применением современных измерительных приборов. Верификация аналитических и численных методов расчета показала допустимые расхождения с экспериментальными данными.

Практическая ценность работы заключается в возможности использования новых экспериментальных данных о рациональном процентном содержании нанодобавок, ориентации волокон, размерах допустимых технологических дефектов в многослойных композиционных материалах в научно-исследовательских институтах и конструкторских бюро при проектировании авиационных конструкций из новых материалов с требуемым комплексом физико-механических свойств.

На защиту выносятся следующие положения диссертации:

1. Результаты комплексного экспериментального исследования прочности

сжатых тонкостенных многослойных пластин, кольцевых и полукольцевых образцов со сквозными межслойными дефектами.

2. Экспериментально полученный вывод, что введение в полимерную матрицу композита диоксида кремния марки Таркосил Т-20 с удельной площадью

Л

поверхности S=53м /г и массовой долей концентрации 0,3% повышает прочность слоистых элементов конструкций с межслойными дефектами на 2025%.

3. Аналитические методики решения задачи устойчивости и процесса разрушения тонкостенной сжатой пластины из слоистых ПКМ с межслойными сквозными дефектами с учетом порядка укладки слоев и ориентации волокон.

4. Построенные в конечно-элементном комплексе ANSYS численные модели пластинчатых, кольцевых и полукольцевых элементов конструкций из ПКМ с дефектами для вычисления критических и разрушающих нагрузок.

Реализация работы. Материалы диссертационной работы использовались при выполнении следующих научно-исследовательских работ: ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России 2009-2013 гг.» в проекте «Исследование влияния степени наполнения смолы ЭД-22 гидрофобными и гидрофильными нанопорошками Таркосил SiO2 на механические свойства композитов на ее основе» (2012-2013 гг., №8885, договор с ИТПМ СО РАН, г.Новосибирск); грант РФФИ «Устойчивость тонкостенных элементов конструкций из слоистых композиционных материалов с учетом межслойных дефектов» (2015 г., №15-38-50484); грант У.М.Н.И.К. «Разработка стенда нового поколения для проведения ресурсных испытаний на усталостную прочность изделий авиационной техники из композиционных материалов» (2016-2017 гг.); проект «Испытания элементов конструкций и узлов вертолета на усталостную прочность» на конкурсе «Вертолеты XXI века» (2016 г., Холдинг АО «Вертолеты России»); проект «Экспериментальное исследование механических свойств авиационных материалов с дефектами» на конкурсе научно-технических работ «Молодежь и будущее авиации и космонавтики» (2016 г., МАИ).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на XI Международном форуме по стратегическим технологиям (г. Новосибирск, 2016 г.); XV Международной конференции «Авиация и космонавтика» (г. Москва, 2016 г.); XV, XVI, XVII, XVIII и XXI Международных конференциях «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2009, 2010, 2011, 2012, 2015 гг.); V и VI Международных конференциях «Проблемы механики современных машин» (г. Улан-Удэ, 2012, 2015 гг.); Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Материалы и технологии новых поколений в современном материаловедении» (г. Томск, 2015 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Механика и математическое моделирование в технике», посвященной 100-летию со дня рождения В. И. Феодосьева (г. Москва, 2016 г.); ежегодно с 2013 г. по 2017 г. на Научном семинаре кафедры РК-5 «Прикладная механика» МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ, из них 11, входящих в Перечень ведущих периодических изданий, рекомендуемых ВАК РФ, 2 статьи в зарубежных научных изданиях, входящих в реферативные базы Scopus и Web of Science, общим объемом 2.7 п.л.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложения, в котором приведены акты внедрения. Текст диссертации изложен на 168 страницах машинописного текста, включая 96 рисунков и 26 таблиц. Библиография работы содержит 161 наименование.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель научного исследования, задачи, научная новизна и практическая ценность работы, приведено краткое содержание работы по главам.

В первой главе проанализированы теоретические и экспериментальные работы отечественных и зарубежных авторов по теме диссертации, рассмотрены достижения в области изготовления и испытания изделий из ПКМ, а также

границы разделов, особенности структуры КМ, причины образования межслойных дефектов.

Во второй главе приведены результаты экспериментального исследования многослойных образцов с дефектами из стекло- и углепластика (изготовлено и испытано 45 образцов (пластин) со сквозным дефектом типа отслоения с различными длинами дефектов и углами укладки слоев [05, 905], [455, -455]) при испытании на сжатие. Для оценки влияния на свойства ПКМ межслойных дефектов проведены экспериментальные исследования образцов из эпоксидной смолы с добавлением и без добавления нанодисперсных частиц, с разной удельной площадью поверхности, с различной массовой концентрацией (изготовлено и испытано 100 образцов). Разработана методика введения нанодисперсных добавок в полимерную матрицу. Проведено определение основных физико-механических характеристик ПКМ. Проанализирован выбор наноматериала, исследовано количество концентрации нанодисперсных добавок, разработана технология изготовления образцов из наноматериалов. Осуществлено экспериментальное исследование многослойных образцов с дефектами из стеклопластика с различной массовой концентрацией нанопорошка в растворе, а также контрольных образцов (КО) без нанодобавок с заложенными межслойными дефектами (изготовлено и испытано 40 образцов) при испытании на сжатие.

В третьей главе решены задачи устойчивости и процесса разрушения (аналитический и численный расчет) на примере тонкостенной сжатой пластины из слоистых композиционных материалов с межслойными сквозными дефектами. Определены жесткостные характеристики по участкам многослойного пакета по известным характеристикам жесткости входящих в него отдельных слоев. Расчет критической нагрузки и нагрузки при разрушении пластины из ПКМ с дефектами проведен на тестовых примерах. Определена критическая нагрузка потери устойчивости сжатой пластины, исследовано нелинейное поведение пластины с межслойным дефектом с последующим разрушением. Приведено сравнение полученных экспериментальных результатов с численными и теоретическими данными.

В четвертой главе проведены испытания образцов с кольцевыми и полукольцевыми образцами из слоистых ПКМ (стеклопластик), имеющими межслойные дефекты. Для проведения экспериментов были спроектированы и изготовлены два варианта специальных зажимов и нагружающих устройств, обеспечивающих всестороннее сжимающее давление колец с межслойными дефектами. Испытано 8 образцов с диаметром 90 мм, 20 образцов с диаметром 50 мм, 16 полуколец с диаметром 90 мм. В среде АКБУБ созданы конечно-элементные модели для оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) элементов конструкций из ПКМ с дефектами.

В заключении сформулированы и изложены основные результаты диссертационной работы.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУЦИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С МЕЖСЛОЙНЫМИ

ДЕФЕКТАМИ

Стремление к более полному использованию несущей способности машин, при соблюдении требований безопасности, относится к числу приоритетных направлений во всех областях машиностроения, преимущественно в авиационной промышленности. Основные цели, связанные с обеспечением прочности авиакострукций до 2025 г. в РФ, Европе и США, примерно одинаковы: повышение безопасности в несколько раз; снижение веса конструкции на 15-20%; повышение ресурса в 1,5-2 раза; сокращение сроков и стоимости разработок на 50%; снижение удельной стоимости жизненного цикла воздушного судна (ВС) на 15%. Решение этих задач невозможно без концентрации исследований на приоритетных направлениях, разработки эффективных силовых схем и конструктивно-технологических решений, применения новых, в том числе композиционных материалов, совершенствования системы и методов обеспечения прочности и эффективности авиаконструкций [55]. Широкое внедрение слоистых полимерных композиционных материалов в конструкции летательных аппаратов дает значительный выигрыш в массе при сохранении необходимого уровня прочности конструкций.

Применение полимерных композиционных материалов для изготовления узлов, деталей и элементов конструкций в вертолетостроении не является редкостью. Например, в качестве материалов изготовления лопастей используются углепластики, стеклопластики, органопластики или их комбинации [52]. На Рис. 1.1 представлена лопасть винта вертолета, изготовленная из стеклопластика и углепластика.

При производстве и эксплуатации изделий и конструкций, содержащих соединения материалов, происходит образование дефектов и трещин,

расположенных преимущественно на границах соединений, что может привести к потере эксплуатационных свойств, вплоть до полного разрушения элементов конструкций.

Рис. 1.1.

Лопасть винта вертолета, изготовленная из комбинации стеклопластика и углепластика: 1 - трубчатый лонжерон, 2 - противофлаттерный груз, 3 - заклепочный шов, 4 - углепластиковая обшивка

Одним, из наиболее часто встречающихся, дефектов на лопастях несущего и рулевого винтов вертолета является непроклеи, дефекты типа «расслоение» (Рис. 1.2). Основными причинами этих дефектов могут быть: конструктивные и производственные дефекты, нарушения инструкции по эксплуатации и техническому обслуживанию [46].

Рис. 1.2. Технологические дефекты при изготовлении изделий

Исследованиям в этой области в 90-е годы прошлого столетия посвящено достаточно большое число работ как российских, так и зарубежных ученых. Большой вклад в развитие механики ПКМ с учетом дефектов внесли такие ученые, как Н.А. Алфутов, С.А. Амбарцумян, Б.Д. Аннин, В.В. Болотин, Л. Браутман, Г.А. Ванин, В.В. Васильев, А.С. Вольмир, Э.И. Григолюк, П.А. Зиновьев, А.В. Кармишин, Р. Кристенсен, И.А. Кунин, Б.Е. Победря, Б.Г. Попов, Г.Г. Портнов, В.Д. Протасов, Ю.Н. Работнов, В.П. Тамуж, Ю.М. Тарнопольский и многие другие [3-7, 16-18, 29-31, 35, 57, 74, 75, 78-81, 83, 88, 96, 97, 103, 120, 157159].

Общим подходам и методам исследований тонкостенных конструкций, таких, как стержни и стержневые системы, подкрепленные пластины и оболочки, трехслойные пластины и оболочки, посвящены работы Н.А. Алфутова, С.А. Амбарцумяна, А.В. Александрова, Л.И. Балабуха, И.А. Биргера, В.Л. Бидермана, В.В. Болотина, Э.И. Григолюка, Я.Г. Пановко, Б.Г. Попова, В.И. Феодосьев и многих других [3, 5, 17, 86, 96, 105]. Важнейшим направлением в моделировании элементов конструкций с межслойными дефектами является разработка и использование различных математических моделей, позволяющих анализировать поведение дефекта от момента выпучивания до последующего роста трещины, учитывающих геометрию зоны дефекта, нелинейный характер деформирования элементов, структуру композита [157]. Существенна роль расчета на устойчивость в общем цикле прочностных расчетов для подобного типа конструкций, так как разрушение тонкостенных элементов конструкций связана с потерей ее общей устойчивости или локальной устойчивости дефектных участков.

Модели и методы расчета на устойчивость элементов композитных конструкций с учетом анизотропии механических характеристик и возможности присутствия скрытых дефектов в виде нарушения сплошности материала по поверхностям раздела отдельных слоев разработаны в настоящее время недостаточно. Необходима разработка моделей деформирования тонкостенных конструкций с учетом нелинейности, а также методов оценки

трещиностойкости композиционных материалов, с имеющимися в них острыми дефектами. Работа является продолжением и развитием фундаментальных исследований, выполненных Н.А. Алфутовым, В.В. Болотиным, а также их последователями Б.Г. Поповым и Л.А. Бохоевой.

1.1. Исследование межслойных дефектов в слоистых композиционных

материалах

В процессе внедрения ПКМ в авиационные конструкции инженеры и исследователи столкнулись с рядом трудностей. Например, со сложностями прогнозирования прочности конструкций из ПКМ с технологическими дефектами. Для решения этой проблемы необходим большой объём теоретических и экспериментальных исследований [42]. Выявление дефектов на ранних стадиях возникновения, для их своевременного устранения, является важным фактором повышения безопасности изделий из ПКМ различного назначения и позволит качественно повысить надежность и срок их эксплуатации. Необходимость реализации широкого спектра расчетов при анализе прочности элементов конструкций из КМ с допустимыми дефектами типа расслоения явилось импульсом для разработки уточненных методов решения нетрадиционных задач. В частности, задачи о локальной потери устойчивости элементов конструкций из КМ в зоне трещиноподобного дефекта и последующим полным разрушением (доломом). Решение таких задач отражено в работах [4, 44, 58, 85, 87].

Вопросы, посвященные возникновению расслоений в свободных ненагруженных углах панелей из ПКМ, рассмотрены в работе В.В. Васильева [31]. Работа [42] посвящена изучению вопроса предварительного качественного и количественного анализа напряженно-деформированного состояния пакета полимерного слоистого композиционного материала. В работе [54] представлена зависимость концентрации напряжений по контуру отверстия в полимерном композиционном материале от геометрических параметров ряда отверстий.

В исследованиях [41, 48, 64, 76] слоистый композит рассмотрен как клееная конструкция. Изложенная в работах идея о том, что межслоевые напряжения в слоистом КМ аналогичны напряжениям в клеевом соединении, несомненно заслуживает внимания. Попытки построить достоверную математическую модель клеевого стыка предпринимаются уже давно. Первой и наиболее простой моделью клеевого стыка считается модель Фолькерсена, которая даёт хороший результат в отсутствии изгиба пластин, так как в ней рассматривается чистый сдвиг клеевого соединения [43]. Существуют модели, учитывающие изгибные жёсткости пластин и общий изгиб системы, например [135, 138]. Оценке прочности слоистых композиционных материалов с дефектами посвящена монография [19]. В работе [56] предложены алгоритмы оценки характеристических показателей несущей способности конструкционных элементов из слоистых материалов, содержащих множественные расслоения, на основании подходов механики разрушения.

В ряде работ рассмотрено влияние особенности структуры ПКМ с межслойной трещиной на напряженно-деформированное состояние и скорость роста расслоений [8, 13, 72, 124, 140, 149, 151, 152, 156, 160]. Оценка риска возможного разрушения судовой корпусной конструкции из композиционного материала в зоне трещиноподобного дефекта типа расслоение эксплуатационной природы сделана в работе [107]. В качестве иллюстрации приведены результаты анализа трещиностойкости судовой корпусной конструкции. В работе [150] предложена методика оценки прочности элементов конструкций, изготовленных из композиционных материалов с термореактивной матрицей при наличии дефектов типа расслоение и технологических деформаций. Многоуровневая модель для многомасштабного деформирования трехслойных (сэндвичевых) конструкций из ПКМ типа пластин с заполнителем на основе пенопласта, учитывающая микромеханические процессы деформирования и повреждаемости матрицы, армирующего наполнителя и пенопласта, а также макроскопические дефекты типа непропитки композитных обшивок представлена в работе [51]. Модель локальной потери устойчивости в тонкостенных стержнях из

волокнистого композитного материала описана в статье [126]. Исследование [135] посвящено вычислению межслоевых напряжений в слоистых композитах при антиклассической изгибной деформации. В работе [61] разработана математическая модель адгезионного контакта элементов слоистого композиционного материала на основе градиентной теории упругости, позволяющая рассчитывать характеристики адгезионного контакта. В статье [15] для описания нелинейного деформирования углерод-карбидного композиционного материала со схемой армирования 2D применены соотношения нелинейной упругости. Композиционный материал рассматривается как ортотропное тело. Предложен вариант потенциала удельной энергии упругой деформации, из которого следуют тензорно-линейные определяющие соотношения. Полученные соотношения использованы для описания простых видов нагружения композиционного материала. Расчетные диаграммы удовлетворительным образом согласуются с экспериментальными данными. В работе [100] приведен расчет напряженно-деформированного состояния тонкой пластины из слоистого углерод-карбидного композиционного материала с ортогональным 2D армированием, позволяющий достаточно быстро предсказать механизм разрушения и рассчитать разрушающую нагрузку. Предложен вариант аналитического решения задачи. Показано, что численные значения, найденные с помощью метода конечных элементов, хорошо согласуется с результатами аналитического расчета. Рассмотрен численный пример. Отмечено, что вследствие низкой прочности углерод-карбидного композита на межслойный сдвиг для тонкостенной пластины возможен механизм разрушения, обусловленный расслоением. В работе [99] предложен «аналитический способ расчета эффективных термоупругих характеристик КМ с пространственным армированием с учетом их структуры». Приведены основные расчетные соотношения, описана процедура поэтапного моделирования свойств, заключающаяся в рассмотрении на каждом этапе одного из направлений армирования.

1.1.1. Анализ современного состояния работ по расчету на прочность тонкостенных сжатых колец и цилиндрических оболочек из полимерных композиционных материалов с межслойными дефектами

Редукторная рама (Рис. 1.3), предназначенная для крепления главного редуктора на вертолете, воспринимает статические и динамические нагрузки, возникающие в полете. Рама состоит из восьми подкосов, которые попарно соединены в четыре У-образные вилки, каждая из которых образуется из одного основного и одного прицепного подкосов. Подкосы изготовлены из двух узлов крепления и трубы 50*45 мм [33]. Нижний узел основного подкоса имеет форму лапы с отверстием и боковой проушиной для крепления прицепного подкоса. Все восемь подкосов вилками крепятся к редуктору через узлы, имеющие сферические подшипники [45]. Трубы редукторной рамы могут быть изготовлены как из конструкционной стали, так и из композиционных материалов. При изготовлении и эксплуатации труб из композиционных материалов различного диаметра в авиастроении, существует проблема прогнозирования безопасных сроков их службы. При этом трубы из ПКМ испытывают как сжимающие нагрузки, так и другие силы, приводящие к изгибающим и крутящим моментам, к тому же эти нагрузки изменяются по времени. В связи с этим методы расчета на прочность таких труб обладают большими погрешностями и предполагают применение неоправданно больших коэффициентов запасов. Также в расчетах на прочность не учитывается дефектность микроструктуры исходного материала деталей, которая оказывает значительное влияние на прочность конструкций [2, 62]. Поэтому в данной работе была поставлена задача экспериментального и численного исследования на прочность труб (колец) из ПКМ с технологическими дефектами.

Рис. 1.3. Редукторная рама вертолета: а - вид сбоку, б - вид сверху

В настоящее время расчетных методик по данной проблеме явно недостаточно, а экспериментальных работ по исследованию прочности тонкостенных колец и цилиндрических оболочек из ПКМ с межслойными дефектами практически нет. Это объясняется тем, что точная постановка задачи чрезвычайно сложна, и получить корректное решение нелинейного поведения элемента конструкции в рамках аналитических моделей проблематично. Близкая к теме данной диссертации задача об особенностях собственных изгибных колебаний круговых колец с начальными неправильностями, в которой изучалось влияние малых начальных отклонений от идеальной круговой формы на частоты и формы собственных колебаний тонкого кольца, находящегося в условиях плоской деформации, рассмотрено в работе [69]. Исследование характеристик круговых цилиндрических оболочек с начальными неправильностями приведено в работах [68, 106]. Механизмы повреждения в композитных цилиндрических панелях с расслоениями и отслоения покрытия от цилиндрического субстрата описаны в работах [142, 147]. Проведенное исследование показывает, что для адекватного решения конкретных технических задач в данной области

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чермошенцева Анна Сергеевна, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абдрахимов Р.Р., Сапожников С.Б., Дъяконов А.А. Упрочнение полимерного композиционного материала наночастицами УНТ // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2014. №5. С. 53-57.

2. Адегова Л.А. Анализ расчетных методов исследования усталостной долговечности элементов конструкций летательных аппаратов // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2015. №1(32). С. 49-53.

3. Алфутов Н.А., Зиновьев П.А., Попов Б.Г. Расчет многослойных пластин и оболочек из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1984. 264 с.

4. Алфутов Н.А. Основы расчета на устойчивость упругих систем. М.: Машиностроение, 1991. 311 с.

5. Амбарцумян С.А. Общая теория анизотропных оболочек. М.: Наука, 1974. 448 с.

6. Расчет и проектирование композиционных материалов и элементов конструкций / Б.Д. Аннин [и др.]. Новосибирск: Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН, 1993. 253 с.

7. Аннин Б.Д. Механика деформирования и оптимальное проектирование слоистых тел. Новосибирск: Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН, 2005. 203 с.

8. Расчет напряженно-деформированного состояния пластины из полимерных композиционных материалов с дефектом в виде расслоения / А.Н. Аношкин [и др.] // Математическое моделирование в естественных науках. 2015. Т. 1. С. 18-21.

9. Багмутов В.П., Тышкевич В.Н. Построение теоретически возможного проекта в системе оптимального проектирования трубопроводов из армированных пластиков // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2013. Т. 8, №15(118). С. 64-67.

10. Получение нанопорошков испарением исходных веществ на ускорителе электронов при атмосферном давлении / С.П. Бардаханов [и др.] // ДАН. 2006. Т. 409, № 3. С. 320-323.

11. Басов К.А. Ansys в примерах и задачах. М.: Компьютер Пресс, 2002. 224 с.

12. Басов К.А. Графический интерфейс комплекса Ansys. М.: ДМК Пресс, 2006. 248 с.

13. Бащук Е.Ю., Бойчук В.Ю. Влияние неоднородности основного напряженного состояния на критические параметры устойчивости пластины с трещиной // Прикладная механика. 2013. Т. 49, №3. С. 89-98.

14. Использование модели развивающегося повреждения при оценке прочности слоистых углепластиков с различными концентраторами напряжений / В.А. Беспалов [и др.] // Омский научный вестник. 2015. №3. С. 329-333.

15. Бобров А.В., Сарбаев Б.С., Ширшов Ю.Ю. Нелинейное деформирование углерод-карбидного композиционного материала // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2014. №4. С. 42-49.

16. Болотин, В.В. Механика зарождения и начального развития усталостных трещин // Физико-химическая механика материалов. 1986. Т. 22, № 1. С. 18-23.

17. Болотин В.В, Новичков Ю.Н. Механика многослойных конструкций. М.: Машиностроение, 1980. 375 с.

18. Болотин В.В. Многопараметрическая механика разрушения // Расчеты на прочность. 1984. №25. С. 12-33.

19. Бохоева Л.А. Особенности расчета на прочность элементов конструкций из изотропных и композиционных материалов с допустимыми дефектами. Улан-Удэ: ВСГТУ, 2007. 192 с.

20. Бохоева Л.А., Пнев А.Г., Чермошенцева А.С. Испытание на прочность кольцевых образцов из слоистых композиционных материалов с межслойными дефектами // Вестник Бурятского государственного университета. 2011. №9. С. 230-236.

21. Бохоева Л.А., Рогов В.Е., Чермошенцева А.С. Влияние дефектов типа отслоений в слоистых пластинах на величину критической нагрузки // V

Международная конференция «Математика, ее приложения математическое образование». Тез. докл. Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2014. С. 59-63.

22. Бохоева Л.А., Рогов В.Е., Чермошенцева А.С. Определение критических нагрузок с помощью энергетического критерия устойчивости для локального круглого дефекта // Системы. Методы. Технологии. 2014. №4(24). С. 32-37.

23. Бохоева Л.А., Рогов В.Е., Чермошенцева А.С. Устойчивость круглых дефектов типа отслоений в элементах конструкций с учетом поперечного сдвига // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2014. №4(44). С. 19-22.

24. Бохоева Л.А., Чермошенцева А.С. Уточненный метод для решения задачи устойчивости пластин с дефектами с учетом деформаций сдвига // Системы. Методы. Технологии. 2010. №8. С. 14-18.

25. Бохоева Л.А., Чермошенцева А.С., Ергонов В.П. Исследование дефектов типа «отслоение» в элементах конструкций из композиционных материалов // V Международная конференция «Проблемы механики современных машин»: Тез. докл. Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2012. С. 18-23.

26. Модификация эпоксидной смолы наночастицами диоксида кремния и технология получения композитов на их основе / Т.А. Брусенцева [и др.] // Механика композитных материалов. 2015. Т. 51, №4. С. 747-756.

27. Брусенцева Т.А., Филиппов А.А., Фомин В.М. Композиционные материалы на основе эпоксидной смолы и наночастиц // Известия Алтайского государственного университета. 2014. №1(81). С. 25-27.

28. Валишин А.А. Концентрация микродефектов вблизи трещины разрушения в полимерах и композитах на их основе // Инженерный журнал: Наука и инновации. 2015. №6(42). С. 4.

29. Ванин Г.А., Семенюк Н.П., Емельянов Р.Ф. Устойчивость оболочек из армированных материалов. Киев: Наукова думка, 1978. 212 с.

30. Васильев В.В. Механика конструкций из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1988. 272 с.

31. Васильев В.В., Протасов В.Д., Болотин В.В. Композиционные материалы: Справочник. М.: Машиностроение, 1990. 512 с.

32. Вермель В.Д., Доценко А.М., Титов С.А. Проблемы упрочнения зон концентрации напряжений в деталях и соединениях из композиционных материалов с применением наномодифицированной клеевой композиции // XXII Научно-техническая конференция по аэродинамике: Тез. докл. Жуковский (Моск. обл.): Изд-во ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского, 2011. С. 38-39.

33. Вертолет Ми-8. Техническое описание. Книга II. Конструкция. М.: Внешторгиздат, 1970. 188 с.

34. Вильдеман В.Э., Соколкин Ю.В., Ташкинов А.А. Механика неупругого деформирования и разрушения композиционных материалов. М.: «Наука. Физматлит», 1997. 288 с.

35. Вольмир А.С. Нелинейная динамика пластинок и оболочек. М.: Наука, 1972. 432 с.

36. Расчет эффективной трещиностойкости для упругопластической слоистой среды / Р.Я. Газизов [и др.] // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2014. №2(37). С. 154-171.

37. Гасанов Ф.Ф. Зарождение трещины в композите, армированном однонаправленными ортотропными волокнами при продольном сдвиге // Механика машин, механизмов и материалов. 2014. №2(27). С. 45-50.

38. Глаголев В.В., Маркин А.А., Фурсаев А.А. Моделирование процесса разделения композита с адгезионным слоем // Вестник ПНИПУ. Механика. 2016. №2. С. 34-44.

39. Голушко С.К., Амелина Е.В. Прочность и начальное разрушение многослойных композитных пластин, круговых и эксцентрических колец // IV Всероссийская конференция «Безопасность и живучесть технических систем»: Тез. докл. Красноярск: Изд-во Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН, 2012. Т. 1. С. 93-98.

40. Влияние основных типов дефектов в монолитных образцах из ПКМ, выявляемых с использованием ультразвукового контроля, на прочностные

характеристики материала / М.В. Григорьев [и др.] // Сварка и диагностика. 2015. №1. С. 11-13.

41. Гришин В.И., Дзюба А.С., Дударьков Ю.И. Прочность и устойчивость элементов и соединений авиационных конструкций из композитов. М.: АНО «Физмалит», 2013. 272 с.

42. Грищенко С.В., Попов Ю.И. Разработка макромодели слоистого композита для анализа напряженно-деформированного состояния нерегулярных зон типовых конструкций планера самолета // Труды МАИ. 2013. №65. URL: https://mai.ru/upload/iblock/168/1685505fa649aec9868e56c34cbf9e13.pdf (дата обращения: 18.12.2017)

43. Грищенко С.В. Расчёт и проектирование изделий конструкции самолёта из слоистых композитов с учётом межслоевых эффектов // Труды МАИ. 2015. №84. URL: http://www.mai.ru/upload/iblock/0ab/grishchenko_rus.pdf (дата обращения: 18.12.2017)

44. Гузь А.Н., Гузь И.А. К теории устойчивости слоистых композитов // Прикладная механика. 1999. Т.35, №4. С.3-10.

45. Данилов В.А. Вертолет Ми-8. Устройство и техническое обслуживание. М.: Транспорт, 1988. 278 с.

46. Данилов В.А., Железняк И.И., Мордик В.В. Эксплуатация и ремонт вертолета Ми-8. М.: Машиностроение, 1980. 213 с.

47. Данилов В.Л., Зарубин С.В. Численное моделирование движения фронта разрушения в затвердевающем теле // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. 1994. №1. С. 80.

48. Дедков Д.В., Ташкинов А.А. Коэффициенты концентрации напряжений в слое тканого композита с локальными технологическими дефектами при чистом формоизменении // Вычислительная механика сплошных сред. 2013. Т. 6, №1. С. 103-109.

49. Декрет В.А., Зеленский В.С., Быстров В.М. Численное исследование устойчивости слоистого композита при одноосном сжатии слоев наполнителя // Прикладная механика. 2014. Т. 50, №5. С. 80-91.

50. Демешкин А.Г., Корнев В.М., Астапов Н.С. Прочность клееного композита при наличии трещиноподобных дефектов // Механика композиционных материалов и конструкций. 2013. Т. 19, №3. С. 445-458.

51. Димитриенко Ю.И., Юрин Ю.В., Федонюк Н.Н. Численное моделирование деформирования и прочности трехслойных композитных конструкций с дефектами // Математическое моделирование и численные методы. 2016. №3(11). С. 3-23.

52. Дудник В.В. Конструкция вертолетов. Ростов-на-Дону: ИУИ АП, 2005. 158 с.

53. Елизаров С.В. Механика деформирования и разрушения слоистых композитов и некоторые новые области их применения. СПб.: ПГУПС, 2000. 242 с.

54. Ендогур А.И., Кравцов В.А. Напряженное состояние композиционной панели в зоне отверстия // Труды МАИ. 2013. №64. URL: http://www.mai.ru/upload/iblock/f9e/rus.pdf (дата обращения: 18.12.2017)

55. Зиченков М.Ч. Комплексные исследования прочности авиакострукций: состояние и перспективы // Научно-техническая конференция «Прочность конструкций летательных аппаратов»: Тез. докл. Жуковский (Моск. обл.): Изд-во ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского, 2013. С. 9-12.

56. Касьянов К.Г. Оценка несущей способности и ресурса конструкционных элементов из композиционных материалов, содержащих расслоения: дис. ... канд. техн. наук. Москва. 2010. 142 с.

57. Кармишин Л.В., Мячинков В.И., Фролов А.Н. Статика и динамика тонкостенных оболочечных конструкций. М.: Машиностроение, 1975. 376 с.

58. Качанов Л.М. Разрушение композитных материалов путем расслоения // Механика полимеров. 1976. №5. С. 918-922.

59. Кейкиманова М.Т., Абдувалов А.Ж., Ажибаев Ж.К. Оценка влияния упругих свойств композиционного материала на напряженно-деформированное состояние подземного трубопровода // Механика и технологии. 2014. №4(46). С. 57-76.

60. Кипнис А.Л. О подходе к решению задач о межфазных трещинах, зародившихся в угловых точках кусочно-однородного тела // Доклады Национальной академии наук Украины. 2014. №10. С. 51-55.

61. Конев А.Н. Энергетическая оценка прочности соединения слоистых композиционных материалов в рамках градиентной теории упругости: дис. ... канд. техн. наук. Орел. 2013. 118 с.

62. Кузнецов Е.А., Сысоев О.Е., Колыхалов Д.Г. Прогнозирование предельных состояний трубопроводов высокого давления гидрогазовых систем на этапе ввода в эксплуатацию // Труды МАИ. 2016. №88. URL: http://www.mai.ru/upload/iblock/b62/kuznetsov_sysoe_kolykhalov_rus.pdf (дата обращения: 18.12.2017)

63. Кулаева Н.А. Моделирование физических процессов пластической деформации гетерофазных материалов с ГЦК матрицей, упрочненной некогерентными, когерентными и имеющими сверхструктуру LI2 частицами: дис. ... канд. физ.-мат. наук. Томск. 2016. 191 с.

64. Куреннов С.С., Кошевой А.Г., Поляков А.Г. Распределение напряжений по толщине многослойного композита в клеевом соединении // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2015. №2. С. 10-15.

65. Кьюнг Л.К., Лурье С.А., Дудченко А.А. Об оценке трещиностойкости при межслойном разрушении слоистых композитов // Механика композиционных материалов и конструкций. 2012. Т. 18, №1. 2012. С. 83-91.

66. Лавров А.В., Ингилевич И.К. Определение прочности стеклопластиков при межслойном отрыве // Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. 2015. №86(370). С. 285-294.

67. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1990. 528 с.

68. Лейзерович Г.С. Исследование динамических характеристик круговых цилиндрических оболочек с начальными неправильностями: дис. ... докт. физ.-мат. наук. Комсомольск-на-Амуре. 2010. 329 с.

69. Лейзерович Г.С., Тарануха Н.А. Об особенностях собственных изгибных колебаний круговых колец с начальными неправильностями // Прикладная математика и механика. 2012. Т. 76, №2 С. 304-310.

70. Лоскутов Ю.В. Прямолинейный конечный элемент для расчета композитных трубопроводов // Вестник Поволжского государственного технологического университета. 2013. №4(20). С. 42-49.

71. Лысенко В., Бардаханов С. Влияние наноразмерного диоксида кремния на прочность эпоксидных композитов // Наноиндустрия. 2013. №2(40). С. 36-37.

72. Максимович О.В., Бортник К.Я., Соляр Т.Я. Определение напряжений в пластинках с трещинами при дискретном контакте их берегов // Математические методы и физико-механические поля. 2013. Т. 56, №1. С. 163-173.

73. Универсальный стенд для испытания материалов в условиях высокого гидростатического давления и контролируемого сложного напряженного состояния / В.Г. Малинин [и др.] // Ученые записки Орловского государственного университета. 2014. №3. С. 61-64.

74. Матвиенко Ю.Г. Моделирование кинетики развития трещин в поверхностных слоях материала // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83, №1. С. 65-71.

75. Моделирование трещиноподобных дефектов в слоистой композитной конструкции / Ю.Г. Матвиенко [и др.] // Машиностроение и инженерное образование. 2017. №3(52). С. 64-72.

76. Диаграммы трещиностойкости полимерно-композитных материалов при растяжении и сжатии / Ю.Г. Матвиенко [и др.] // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2015. №6. С. 42-52.

77. Комплексное исследование дефектов в композиционных материалах с применением хрупких тензопокрытий и акустической эмиссии / Ю.Г. Матвиенко [и др.] // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2014. Т. 80, №1. С. 46-50.

78. Митрофанов О.В. Актуальные задачи обеспечения несущей способности тонких панелей авиационных конструкций из композитных материалов при закритическом поведении // Актуальные проблемы современной науки. 2017. №1(92). С. 192-196.

79. Митрофанов О.В. Основные соотношения для исследования закритического поведения несущих панелей несимметричной структуры из композитных материалов с учетом начальной погиби при сжатии // Актуальные проблемы современной науки. 2017. №2(93). С. 186-189.

80. Митрофанов О.В., Огнянова Т.С. Оценка распространения поверхностных дефектов типа расслоения несимметричной структуры в обшивке из композитных материалов при сжатии // Актуальные вопросы науки. 2016. №ХХУ1. С. 63-73.

81. Митрофанов О.В., Огнянова Т.С. К вопросу об экспериментальном обоснований значений допускаемых повреждений композитных агрегатов при обеспечении остаточной прочности // Техника и технология: новые перспективы развития. 2015. №Х1Х. С. 13-15.

82. Мурашов В.В., Румянцев А.Ф. Дефекты монолитных деталей и многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов и методы их выявления. Часть 2. Методы выявления дефектов монолитных деталей и многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов // Контроль. Диагностика. 2007. №5. С. 31-42.

83. Образцов И.Ф., Васильев В.В., Бунаков В.А. Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1977. 144 с.

84. Партон В.3., Морозов Е.М. Механика упругопластического разрушения. М.: Наука, 1985. 504 с.

85. Парцевский В.В. Об устойчивости расслоений в композитах // Механика композитных материалов. 1983. №5. С. 794-798.

86. Пановко Я. Г. Механика деформированного твердого тела. М.: Наука, 1985. 287 с.

87. Первушин Ю.С., Соловьев П.В. Особенности деформированного поведения и напряженного состояния пластин из несбалансированных слоистых композиционных материалов // Вестник СГАУ. 2012. №1. С. 153-160.

88. Победря Б.Е. Механика композиционных материалов. М.: Московский университет, 1984. 336 с.

89. Покровский А.М., Бохоева Л.А., Чермошенцева А.С. Оценка устойчивости и процесс разрушения тонкостенной сжатой пластины из слоистых композиционных материалов с межслойными сквозными дефектами // Всероссийская научно-техническая конференция «Механика и математическое моделирование в технике», посвященная 100-летию со дня рождения В.И. Феодосьева: Тез. докл. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. С. 335-339.

90. Покровский А.М., Чермошенцева А.С. Оценка живучести растянутой пластины с поперечной полуэллиптической трещиной // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2014. №3(648). С. 42-46.

91. Покровский А.М., Чермошенцева А.С. Экспериментальное исследование механических свойств материалов на основе эпоксидных смол // VI Международная конференция «Проблемы механики современных машин»: Тез. докл. Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2015. С. 311-315.

92. Покровский А.М., Чермошенцева А.С. Экспериментальное исследование механических свойств инновационных композиционных материалов, имеющих в составе нанопорошки // XXI Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии»: Тез. докл. Томск: Изд-во НИ ТПУ, 2015. Т. 1. С. 455-457.

93. Покровский А.М., Чермошенцева А.С. Экспериментальное исследование авиационных материалов с дефектами // 15-ая Международная конференция «Авиация и космонавтика»: Тез. докл. М.: Изд-во МАИ, 2016. С. 240-242.

94. Покровский А.М., Чермошенцева А.С. Экспериментальное исследование влияния нанодобавок на свойства композиционных материалов с межслойными дефектами // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24, №3. С. 212-221.

95. Влияние модифицирования полимеров нанодисперсными керамическими частицами на свойства нанокомпозитов / В.А. Полубояров [и др.] // Вестник КГУ. 2010. №1(41). С. 22-27.

96. Попов Б.Г. Расчет многослойных конструкций вариационно-матричными методами: Учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1993. 294 с.

97. Полилов А.Н., Работнов Ю.Н. Развитие расслоений при сжатии композитов // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. 1983. №4. С. 166-171.

98. Исследование механических характеристик образцов из углепластиков с учетом процессов старения / Г.Ф. Рудзей [и др.] // Конструкции из композиционных материалов. 2016. №1(141). С. 56-61.

99. Сарбаев Б.С., Криволуцкая И.И. Способ расчета предельных напряжений для многослойных волокнистых композитов при плоском напряженном состоянии // Конструкции из композиционных материалов. 2015. №2(138). С. 3-9.

100. Сарбаев Б.С., Ширшов Ю.Ю., Баслык К.П. Расчет напряженно-деформированного состояния прямоугольной пластины из углерод-карбидного композита // Инженерный журнал: наука и инновации. 2012. №8(8). С. 43.

101. Методы расчета цилиндрических оболочек из композиционных материалов / Ю.С. Соломонов [и др.] // М.: ООО Издательская фирма «Физико-математическая литература», 2009. 264 с.

102. Студеникин А.В. Исследование системы бесконтактного измерения внутреннего диаметра резиновых уплотнительных колец и манжет: дис. ... канд. техн. наук. Волжский. 2001. 151 с.

103. Тарнопольский Ю.М. Расслоение сжимающих стержней из композитов // Разрушение композитных материалов. 1979. №3. С. 160-166.

104. Клеевая композиция с добавками углеродных наноматериалов для авиационных конструкций на основе полимерных композитов / С.А. Титов [и др.] // Ученые записки Казанского университета. 2015. Т. 157, №3. С. 148-152.

105. Феодосьев В.И., Локтева П.Ф. Местная потеря устойчивости слоистых структур при сжатии // Механика твердого тела. 1987. №5. С. 189-192.

106. Фирсанов В.В., Ле Ч.Х. Напряженно-деформированное состояние краевого эффекта в цилиндрической оболочке переменной толщины // Вестник Московского авиационного института. 2012. Т.19, №1. С. 157-162.

107. Францев М.Э. Определение степени потери прочностных свойств и оценка возможности разрушения судовой корпусной конструкции из композиционного

материала в зоне развития эксплуатационного дефекта типа расслоение // Конструкции из композиционных материалов. 2016. №1(141). С. 67-73.

108. Черепанов Г.П. Механика разрушения. Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2012. 872 с.

109. Испытания элементов конструкций и узлов вертолета на усталостную прочность / А.С. Чермошенцева [и др.] // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24, №1. С. 7-16.

110. Определение ресурсных характеристик изделий авиационной техники на основе стендовых испытаний с использованием компьютерных технологий на примере лопасти винта вертолета / А.С. Чермошенцева [и др.] // Системы. Методы. Технологии. 2015. №4(28). С. 36-42.

111. Разработка стендов для ресурсных испытаний изделий авиационной и другой техники / А.С. Чермошенцева [и др.] // Вестник ВСГУТУ. 2013. №6(45). С. 31-36.

112. Введение нанопорошков и механические свойства материалов на основе эпоксидных смол / А.С. Чермошенцева [и др.] // Наноиндустрия. 2013. №3. С. 2431.

113. Моделирование и технология изготовления конструкций авиационной техники из композиционных материалов / А.С. Чермошенцева [и др.] // Вестник ВСГУТУ. 2013. №2(41). С. 12-18.

114. Экспериментальное определение характеристик сопротивления усталости изделий авиационной техники / А.С. Чермошенцева [и др.] // Вестник ВСГУТУ. 2013. №5(44). С. 46-53.

115. Динамические испытания изделий авиационной техники / А.С. Чермошенцева [и др.] // V Международная конференция «Проблемы механики современных машин»: Тез. докл. Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2012. С. 65-69.

116. Чермошенцева А.С., Булдакова Е.С. Моделирование элементов конструкций из слоистых композиционных материалов при наличии дефектов в системе ANSYS // XV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии»: Тез. докл. НТК. Томск: Изд-во НИ ТПУ, 2009. Т. 1. С. 346-348.

117. Чермошенцева А.С., Булдакова Е.С. Экспериментальное исследование слоистых композиционных материалов с технологическими дефектами типа отслоений // XVI Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии»: Тез. докл. Томск: Изд-во НИ ТПУ, 2010. Т. 1. С. 367-368.

118. Чермошенцева А.С., Булдакова Е.С. Моделирование каркаса остекления кабины вертолета МИ-8 из композиционных материалов // XVII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии»: Тез. докл. Томск: Изд-во НИ ТПУ, 2011. Т. 1. С. 381-383.

119. Чермошенцева А.С., Булдакова Е.С. Испытание образцов труб из слоистых композиционных материалов с дефектами // XVIII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии»: Тез. докл. Томск: Изд-во НИ ТПУ, 2012. Т. 1. С. 331-332.

120. Чернятин А.С., Разумовский И.А., Матвиенко Ю.Г. Оценка размеров зоны неупругого деформирования у вершины трещины на основе анализа полей перемещений // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 82, №12. С.45-51.

121. Чернякин С.А., Скворцов Ю.В. Анализ роста расслоений в композиционных конструкциях // Вестник СибГАУ. 2014. №4(56). С. 249-255.

122. Чигарев А.В., Кравчук А.С., Смалюк А.Ф. ЛиБуБ для инженеров: Справочное пособие. М.: Машиностроение-1, 2004. 512 с.

123. Яковлев Н.О., Гуляев А.И., Лашов О.А. Трещиностойкость слоистых полимерных композиционных материалов // Труды ВИАМ. 2016. № 4(40). С. 12.

124. Оценки эффекта усиления при наполнении эпоксидных связующих наноразмерными частицами различной природы (компьютерные прогнозы) / Ю.Г. Яновский [и др.] // Механика композиционных материалов и конструкций. 2014. Т. 20, №1. С. 34-57.

125. Alidi B., Philen M.K., Case S.W. Progressive damage assessment of centrally notched composite specimens in fatigue // Composites. Part A. 2015. V. 74. P. 47-59.

126. Local buckling behavior of FRP thin-walled beams: a mechanical model / L. Ascione [и др.] // Composite structures. 2013. V. 98. P. 111-120.

127. Barbero E.J., Cosso F.A., Campo F.A. Benchmark solution for degradation of elastic properties due to transverse matrix cracking in laminated composites // Composite structures. 2013. V. 98. P. 242-252.

128. Baskutis S., Nariunas M., Baskutiene J. The fiber volume fraction influence on mechanical properties of multi-layered carbon tubes // Mechanika (Lietuva). 2014. V. 20, №6. P. 543-549.

129. Brunbauer J., Gaier C., Pinter G. Computational fatigue life prediction of continuously fiber reinforced multiaxial composites // Composites. Part B. 2015. V. 80. P. 269-277.

130. Progressive failure analysis of thin-walled composite structures / D. Cardenas [и др.] // Composite structures. 2013. V. 95. P. 53-62.

131. Chermoshentseva A.S., Bokhoeva L.A., Rogov V.E. Experimental research of models of thin-walled-compressed rings with defects type of delamination of layered composite materials // The 11th International Forum on Strategic Technology IFOST-2016, Novosibirsk. 2016. Part 1. P. 112-114.

132. Chermoshentseva A.S., Pokrovskiy A.M., Bokhoeva L.A. The behavior of delaminations in composite materials - experimental results // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. URL: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/116/1/012005/pdf (дата обращения: 18.12.2017)

133. Stability and process of destruction of compressed plate of layered composite materials with defects / A.S. Chermoshentseva [и др.] // Innovative technologies in engineering. 2016. URL: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/142/1/012077/pdf (дата обращения: 18.12.2017)

134. Forabosehi P. Layered plate with discontinuous connection. Exact mathematical model // Composites. Part B. 2013. V. 47. P. 365-378.

135. Interlaminar stresses in composite laminates subjected to anticlastic bending deformation / J. Goodsell [h gp.] // Journal of Applied mechanics. 2013. V. 80, №4. P. 041020/1-041020/7.

136. Greco F., Leonetti L., Lonetti P. A two-scale failure analysis of composite materials in presence of fiber/matrix crack initiation and propagation // Composite structures. 2013. V. 95. P. 582-597.

137. Koissin V., Warnet L., Akkerman R. Delamination in carbon-fiber composites improved with in situ grown nanofibers // Engineering Fracture Mechanics. 2013. V. 101. P. 140-148.

138. Lancaster I.M., Khalid H.A., Kougioumtzoglou I.A. Extended FEM modeling of crack propagation using the semi-circular bending test // Construction and Building Materials. 2013. V. 48. P. 270-277.

139. Lauke B. Effect of particle size distribution on debonding energy and crack resistance of polymer composites // Computational materials science. 2013. V. 77. P. 53-60.

140. Dynamic crack propagation analysis using scaled boundary finite element method / G. Lin [h gp.] // Transactions of Tlanjin university. 2013. V. 19, №6. P. 391-397.

141. Single carbon fiber fracture embedded in an epoxy matrix modified by nanoparticles / L. Liu [h gp.] // Composites science and technology. 2013. V. 77. P. 101-109.

142. Liu P.F., Xing L.J., Zheng J.Y. Failure analysis of carbon fiber/epoxy composite cylindrical laminates using explicit finite element method // Composites. Part B. 2014. V. 56. P. 54-61.

143. Manshadi B.D., Vassilopoulos A.P., Botsis J. A combined experimental/numerical study of the scaling effects on mode I delamination of GFRP // Composites science and technology. 2013. V. 83. P. 32-39.

144. Martins L.A.I., Bastian F.L., Netto T.A. The effect of stress ratio on the fracture morphology of filament wound composite tubes // Materials and design. 2013. V. 49. P. 471-484.

145. A numerical investigation on the interlaminar strength of nanomodified composite interface / F. Moroni [h gp.] // Composites. Part B. 2013. V. 55. P. 635-641.

146. Moure M.M., Sanchez-Saez S., Barbero E. Analysis of damage localization in composite laminates using a discrete damage model // Composites. Part B. 2014. V. 66. P. 224-232.

147. Mue A., Stawiarski A. Identification of damage in composite multilayered cylindrical panels with delaminations // Composite structures. 2012. V. 94, №5. P. 1871-1879.

148. Navarro C., Vazquez J. Dominguez J. 3D vs. 2D fatigue crack initiation and propagation in notched plates // International Journal of fatigue. 2014. V. 58. P. 40-46.

149. Orifici A.C., Wongwichit P., Wiwatanawongsa N. Embedded flaws for crack path control in composite laminates // Composites. Part A. 2014. V. 66. P. 218-226.

150. Parrinello F., Marannano G., Borino G. A thermodynamically consistent cohesive-frictional interface model for mixed mode delamination // Engineering fracture mechanics. 2016. V. 153. P. 61-79.

151. Pascoe J.A., Alderliesten R.C., Benedictus R. On the relationship between disbond growth and the release of strain energy // Engineering fracture mechanics. 2015. V. 133. P. 1-13.

152. Pascoe J.A., Rans C.D., Benedictus R. Characterizing fatigue delamination growth behavior using specimens with multiple delaminations. The effect of unequal delamination lengths // Engineering fracture mechanics. 2013. V. 109. pp.150-160.

153. Experimental study on delamination migration in composite laminates / M.F. Pernice [h gp.] // Composites. Part A. 2015. V. 73. P. 20-34.

154. Rafiee M., He X.Q., Liew K.M. Non-linear dynamic stability of piezoelectric functionally graded carbon nanotube-reinforced composite plates with initial geometric imperfection // International Journal of Non-Linear mechanics. 2014. V. 59. P. 37-51.

155. Ryu S.-R., Lee J.-M., Lee D.-J. Effects of surface treatments and silica size of mechanical properties of silica-reinforced elastomeric composites // Rubber chemistry and technology. 2014. V. 87, №2. P. 264-275.

156. Sato N., Hojo M., Nishikawa M. Intralaminar fatigue crack growth properties of conventional and interlayer toughened CFRP laminate under mode I loading // Composites. Part A. 2015. V. 68. P. 202-211.

157. Timonin A.M. Finite-layer method: a unified approach to a numerical analysis of interlaminar stresses, large deflections, and delamination stability of composites. Part 1. Linear behavior // Mech. Compos. Mater. 2013. V. 49, №3. P. 231-244.

158. Timonin A.M. Finite-layer method: Finite-layer method: a unified approach to a numerical analysis of interlaminar stresses, large deflections, and delamination stability of composites. Part 2. Nonlinear behavior // Mech. Compos. Mater. 2013. V. 49, №4. P. 369-380.

159. Timonin A.M. Finite-layer method: Finite-layer method: a unified approach to a numerical analysis of interlaminar stresses, large deflections, and delamination stability of composites. Part 3. Stability // Mech. Compos. Mater. 2014. V. 50, №2. P. 187-196.

160. Xie J., Waas A. M. Predictions of delamination growth for quasi-static loading of composite laminates // Journal of Applied mechanics. 2015. V. 82, №8. P. 081004.

161. Effects of delamination on compressional properties of composite laminate / R. Zhou [h gp.] // Journal Beijing University of aeronautics and astronautics. 2015. V. 41, №2. P. 311-317.

П Р И Л О Ж Е Н И Е (акты внедрения)

УЛАН-УДЭНСКИЙ ЛОПАСТНОЙ ЗАВОД

ХОЛДИНГ ВЕРТОЛЕТЫ РОССИИ

Закрытое Акционерное Общество «Улан-Удэнский Лопастной Завод»

(ЗАО «У-УЛЗ»)

ул. Хоринская, д. 1, г. Улан-Удэ, 670009 Тел/факс: [phone], 25-07-66

e-mail: [e-mail]

ОГРН 1020300971855, ИНН 0323097504

www.russianhelicopters.aero

■/5. 2017 № ¿eW

¿s 2017 г.

_А. Г. Пнёв

АКТ

о применении результатов диссертационной работы

Настоящим актом подтверждаем, что результаты диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Чермошенцевой Анны Сергеевны «Разработка методики повышения прочности тонкостенных элементов конструкций из композиционных материалов с дефектами типа расслоения» по специальностям 01.02.04 - «Механика деформируемого твердого тела» применены в ЗАО «Улан-Удэнский лопастной завод».

На основе исследований, проведенных Чермошенцевой A.C. в рамках программы сотрудничества ЗАО «Улан-Удэнский лопастной завод» разработана модель допустимых размеров технологических межслойных дефектов, используемая в технологических процессах изготовления лопасти рулевого винта вертолёта, что обеспечивает возможность эксплуатации лопасти в необходимом режиме в течение назначенного ресурса.

Методика повышения прочности тонкостенных элементов конструкций из композиционных материалов, изложенная в диссертационной работе, позволяет эффективно провести анализ конструктивного решения компоновки лопасти рулевого винта из ПКМ на этапе проектирования. Экономический эффект в финансовых показателях не определялся. Вместе с тем, внедрение предложений позволило получить значительное снижение затрат в связи с сокращением временных и финансовых затрат для изготовления опытных образцов.

Константинов К.Г.

Семёнов A.B.

«УТВЕРЖДАЮ» 11ервый проректор -проректор по учебной работе Баумана к.т.н. 1адалкин 2017 г.

АКТ

о внедрении результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Чермошенцевой Анны Сергеевны «Разработка методики повышения прочности тонкостенных элементов конструкций из композиционных материалов с дефектами типа расслоения» в учебный процесс МГТУ им. Н.Э. Баумана

Настоящим актом подтверждаем, что в учебный процесс внедрены следующие результаты диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Чермошенцевой Анны Сергеевны:

1. Основанная на критерии разрушения для ./-интеграла аналитическая методика определения разрушающей силы сжатой композитной пластины со сквозным дефектом типа расслоение.

2. Методика численного анализа закритического поведения сжатой слоистой пластины с отслоением в конечно-элементном комплексе

3. Результаты экспериментального исследования потери устойчивосги и разрушения тонкостенных образцов с начальными расслоениями из полимерног о композитного материала при сжатии.

Перечисленные результаты опубликованы в десяти научных статьях и используются в учебном процессе но курсу «Теория прочности и механика разрушения», в научно-исследовательских работах, выпускных работах бакалавров и магистерских диссертациях студентами кафедры прикладной механики.

Руководитель

Научно-учебного комплекса «Робототехника и комплексная

ОТЗЫВ

научного руководителя соискателя Чермошенцевой Анны Сергеевны доктора технических наук, профессора ПОКРОВСКОГО А.М.

Чермошенцева Анна Сергеевна, 1990 г.р., в 2012 г. с отличием окончила ВосточноСибирский государственный университет технологий и управления (г. Улан-Удэ) и получила квалификацию - инженер по специальности «Промышленное и гражданское строительство». С 2013 по 2017 г.г. обучалась в очной аспирантуре МГТУ им. Н.Э. Баумана по специальности 01.02.04 - «Механика деформируемого твердого тела». За время обучения в аспирантуре занималась под моим руководством научной проблемой разработки методики повышения прочности тонкостенных элементов конструкций из композиционных материалов с дефектами типа расслоения.

Успешно сдала экзамены кандидатского минимума и в 2017 г. подготовила и представила на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.02.04 - «Механика деформируемого твердого тела» законченную диссертационную работу на тему «Разработка методики повышения прочности тонкостенных элементов конструкций из композиционных материалов с дефектами типа расслоения».

По результатам итогового доклада и его обсуждения на научном семинаре кафедры «Прикладная механика» в сентябре 2017 г. диссертацию Чермошенцевой А.С. рекомендовали к защите на диссертационном совете Д 212.141.03 при МГТУ им. Н.Э. Баумана. В декабре 2017 г. Чермошенцева А.С. представила работу в указанный диссертационный совет.

За время работы над диссертацией Чермошенцева А.С. показала себя как сформировавшийся ученый, способный самостоятельно ставить и решать научные задачи. Ее отличают прочные знания фундаментальных теоретических основ в областях механики деформируемого твердого тела, механики разрушения, экспериментальной механики. Умения и навыки Чермошенцевой А.С. в постановке и проведении научных экспериментов позволили ей решить сложную научно-техническую проблему.

Результаты, представленные Чермошенцевой А.С. к защите, выполнены на высоком научном уровне, обладают научной новизной и полностью соответствуют требованиям ВАК РФ, предъявляемым к диссертациям на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Основные результаты работы Чермошенцевой А.С. опубликованы в 25 научных работах, из них 11, входящих в Перечень ведущих периодических изданий, рекомендуемых ВАК РФ и 2 статьи в зарубежных научных изданиях, входящих в реферативные базы Scopus и Web of Science, общим объемом 2.7 п.л. Также результаты исследования докладывались на ряде научных конференций и семинаров, и нашли практическое внедрение.

Считаю необходимым отметить старательность и усердие соискателя при работе над диссертацией.

Учитывая вышеизложенное, считаю, что Чермошенцева А.С. заслуживает присуждения ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.02.04 -«Механика деформируемого твердого тела».

Научный руководитель, доктор технических наук,

Профессор кафедры «Прикладная механика» А.М. Покровский

МГТУ им. Н.Э. Баумана «_4_» декабря 2017 г.

Подпись А.М. Покровского заверяю: