СТІЙКІСТЬ І ПОВЕДІНКА ПРИ ВТРАТІ СТІЙКОСТІ ВОЛОКНИСТИХ КОМПОЗИТНИХ ПАНЕЛЕЙ ПРИ ОСЬОВОМУ СТИСНЕННІ
DOI:
https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2026.2.23Ключові слова:
нестійкість композиту; CFRP; GFRP; метод скінченних елементів; збіжність сітки; візуа- лізація мод нестійкості; тонкостінні авіаційні конструкціїАнотація
У цьому дослідженні розглядається поведінка циліндричних оболонкових панелей із вуглецево-армованого полімеру (CFRP) та скловолокнистого полімеру (GFRP) при стисканні методом скінченних елементів (МСЕ). Особливу увагу приділено тому, як пружна анізотропія, щільність сітки та геометрія мод нестійкості впливають на достовірність і практичну цінність чисельних прогнозів. Поздовжній модуль пружності CFRP (135 ГПа) перевищує відповідний показник GFRP (42 ГПа) більш ніж утричі, і саме ця різниця у жорсткості на згин визначає критичне навантаження, за якого панель переходить від стійкого стиснення до нестійкості. Систематичне дослідження згущення сітки, виконане на представницькому зразку CFRP-S1 (радіус R = 150 мм, довжина L = 500 мм, товщина стінки t = 2 мм), підтверджує числову збіжність при 16 000 елементів: прогнозоване критичне навантаження становить 59,4 кН, а подальше згущення змінює це значення не більш ніж на 0,2%. Тривимірні зображення першої та другої мод нестійкості – визначених напівхвилями n = 5, m = 3 та n = 6, m = 4 відповідно – розкривають просторовий характер нестійкості композиту у форматі, що безпосередньо підтримує прийняття конструктивних рішень. Робота надає верифіковану самодостатню методологію МСЕ разом із прозорою кількісною основою для вибору матеріалу та призначення розмірів панелей на концептуальному етапі проектування композитного планера. Граничні умови задавались як повне защемлення на навантаженому краї з рівномірним осьовим переміщенням, прикладеним на протилежному кінці, що відтворює умови закріплення, типові для зон з'єднання шпангоутів з обшивкою фюзеляжу. Поведінка після втрати стійкості характеризувалася відстеженням залежності навантаження від вкорочення за точкою біфуркації, що виявило здатність панелей CFRP зберігати вимірювану закритичну несівну здатність, тоді як панелі GFRP демонструють більш різку втрату жорсткості. Отримані результати підкреслюють важливість врахування закритичного резерву при проектуванні ваговооптимізованих композитних конструкцій і демонструють, що запропонована методологія МСЕ забезпечує кількісну точність, необхідну для сертифікаційного аналізу тонкостінних авіаційних панелей.
Посилання
Reddy, J. N. (2003). Mechanics of Laminated Composite Plates and Shells: Theory and Analysis (2nd ed.). CRC Press.
Kaw, A. K. (2006). Mechanics of Composite Materials (2nd ed.). CRC Press.
Vinson, J. R., & Sierakowski, R. L. (2008). The Behavior of Structures Composed of Composite Materials (2nd ed.). Springer.
Hyer, M. W. (1998). Stress Analysis of Fiber-Reinforced Composite Materials. McGraw-Hill.
Daniel, I. M., & Ishai, O. (2006). Engineering Mechanics of Composite Materials (2nd ed.). Oxford University Press.
Tsai, S. W., & Hahn, H. T. (1980). Introduction to Composite Materials. Technomic.
Kollár, L. P., & Springer, G. S. (2003). Mechanics of Composite Structures. Cambridge University Press.
Srinivasan, A. V., Graesser, D. L., & Loewy, R. G. (1986). Buckling of composite plates: Theory and experiment. AIAA Journal, 24(3), 458–464.
Chandrashekhara, K., & Kim, T. H. (1993). Buckling analysis of composite panels incorporating higher-order shear deformation. Composite Structures, 25(1), 1–10.
Vasiliev, V. V., & Morozov, E. V. (2007). Advanced Mechanics of Composite Materials (2nd ed.). Elsevier
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
