Численно-экспериментальное исследование многоуровневого разрушения элементов конструкций из слоистых композиционных материалов с концентраторами напряжений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.03, кандидат наук Коваленко, Наталья Андреевна

• Коваленко, Наталья Андреевна
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Коваленко, Наталья Андреевна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКЕ. ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ

ПРОЧНОСТИ

1.1 Подходы, используемые для оценки прочности образцов с концентраторами напряжений в виде вырезов

1.2 Подходы, используемые для оценки прочности разъемных болтовых соединений

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УПРУГИХ ЭФФЕКТИВНЫХ МОДУЛЕЙ ДЛЯ ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ ВОЛОКНИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

2.1 Описание подхода

2.2 Реализация подхода

2.3 Приближенные формулы

2.4 Сопоставление с результатами эксперимента

2.4.1 Сопоставление результатов расчета, основанных на решении задачи теории упругости для ПЭ, с результатами эксперимента

2.4.2 Сопоставление результатов расчета по приближенным

формулам и методом КЭ с результатами эксперимента

2.4.3 Выводы по результатам сравнения

2.5 Анализ результатов расчета

2.6 Сопоставление результатов МКЭ расчета с результатами расчета характеристик по приближенным формулам

2.7 Определение прочностных свойств ОАКМ

2.8 Выводы по разделу

3 РАСЧЕТ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С КОНЦЕНТРАТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЙ НА БАЗЕ МОДЕЛИ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО РАЗРУШЕНИЯ

3.1 Описание подхода

3.2 Верификация подхода на образцах с отверстием

3.2.1 Образцы с отверстием из материала монослоя ВКУ-30

3.2.2 Образцы с отверстием из материала монослоя КМКУ

3.2.3 Образцы с отверстием из материала монослоя Тогауса Т700

3.2.4 Сопоставление с результатами, полученными по критерию Нуизмера

3.3 Верификация подхода на образцах с рядом отверстий

3.4 Верификация подхода на образцах с зенкованным отверстием

3.5 Верификация подхода на образцах с отверстием, заполненным болтом

3.6 Верификация подхода на образцах с зенкованным отверстием, заполненным болтом

3.7 Верификация подхода на образцах однорядного болтового

соединения

3.7.1 Верификация подхода на образцах однорядного болтового соединения из КМКУ

3.7.2 Верификация подхода на образцах однорядного болтового соединения из Тогауса Т700

3.8 Верификация подхода на образцах многорядного болтового соединения

3.8.1 Верификация подхода на образцах многорядного болтового соединения. Материал СУСОМ977-2

3.8.2 Верификация подхода на образцах многорядного болтового соединения. Материал КМКУ

3.8.3 Верификация подхода на образцах многорядного болтового соединения. Случай нагружения сдвигом

3.9 Верификация подхода на образцах болтового соединения. Случай нагружения в зонах пересечения силовых потоков

3.10 Обобщение результатов

4 ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ

МЕТАЛЛОКОМПОЗИТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА БАЗЕ МОДЕЛИ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО РАЗРУШЕНИЯ

4.1 Параметрическое исследование влияния укладки на прочность металлокомпозитного болтового соединения

4.2 Параметрическое исследование влияния геометрических параметров КМ пластины на прочность металлокомпозитного болтового соединения

4.2.1 Расстояние от отверстия до свободной кромки КМ пластины

4.2.2 Расстояние от края КМ пластины по ширине образца

4.2.3 Расстояние между отверстиями по ширине поперечного стыка

4.3 Параметрическое исследование влияния затяжки болтов на прочность металлокомпозитного болтового соединения

4.4 Параметрическое исследование влияния коэффициента «протекающей» нагрузки на прочность металлокомпозитного болтового соединения

4.5 Рекомендации по проектированию металлокомпозитных болтовых соединений

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

ПРИЛОЖЕНИЕ И

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Численно-экспериментальное исследование многоуровневого разрушения элементов конструкций из слоистых композиционных материалов с концентраторами напряжений»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Активное использование композиционных материалов (КМ) в авиационной промышленности побуждает к поиску расчетных подходов, способных без дорогостоящих затрат на эксперимент, прогнозировать поведение композита в составе конструкции, проводить оценку прочности наиболее опасных зон и давать представление о характере разрушения композита. Детальное исследование многоуровневого разрушения в слоях композита дает более глубинное понимание поведения элемента конструкции из КМ, что позволяет избежать возможных ошибок при проектировании деталей из подобных элементов. Для конструкции, выполненной из композиционных материалов, исследование многоуровневого разрушения особенно актуально, поскольку создание такой конструкции сопровождается большим числом испытаний по сравнению с металлической конструкцией, в связи с тем, что материал создается вместе с конструкцией путем варьирования положения слоев с различной ориентацией в укладке и использования тех или иных технологий изготовления. Получить приемлемые сроки и снизить затраты на испытания удается привлечением расчетных подходов. В связи с этим важно иметь расчетные подходы на каждом этапе создания композитной конструкции, начиная с определения механико-прочностных свойств материала слоев, заканчивая расчетом несущей способности конструкции из КМ.

Среди известных подходов к расчету прочности элементов конструкций, выполненных из слоистых КМ, отдельное место занимает подход, основанный на модели прогрессирующего разрушения (МПР). Особенность этого подхода состоит в его способности моделировать зарождение повреждения в слоях многослойного материала и его развитие до разрушения элемента конструкции, что позволяет проводить исследование многоуровневого разрушения. Однако, по известным публикациям, этот подход применялся для анализа разрушения отдельных видов концентраторов напряжений при частных видах нагружения. В связи с этим представляется актуальным создание универсальной программы,

реализующей предложенный подход, которая позволила бы с достаточной степенью точности определять разрушающую нагрузку и прогнозировать возможные виды разрушения для образцов и элементов конструкций, содержащих концентраторы любой формы и содержащих системы концентраторов с гладкими контурами.

Степень разработанности темы исследования

Вклад в развитие механики КМ, теории упругости анизотропных тел, теории многослойных пластин внесли С.Г. Лехницкий, А.Л. Рабинович, В.В. Болотин, Г.А. Ванин, В.А. Ломакин, Л.П. Хорошун, Л.А. Фильштинский, В.П. Тамуж, Г.А. Тетерс, Э.И. Григолюк, Ю.М. Тарнапольский, S.W. Tsai и другие. Вопросы определения механико-прочностных свойств волокнистых КМ освещаются в трудах следующих исследователей: А.К. Малмейстер, А.М. Скудра, В.Л. Бидерман, В.М. Андриенко, Г.П. Сухобокова, И.И. Гольденблат, Е.К. Ашкенази, А.В. Розе, В.А. Копнов, Г.Н. Савин, W.T. Chen, S. Cheng, B. W. Shaffer, R. Hill, Z. Hashin и другие; вопросы прочности образцов и элементов конструкций из КМ освещаются в трудах: А.Н. Гузь, С.В. Сукнев, C.A. Soutis, S. Tang, R.J. Nuismer, J.M. Whitney, J.D. Labor, P.P. Camanho, F.L. Mattews, K.I. Tserpes, T. Ireman, F.K. Chang и другие.

Цель работы

Провести исследование многоуровневого разрушения элементов конструкций из слоистых КМ, содержащих широкий класс конструктивных концентраторов напряжений, присутствующих в реальных элементах авиационных конструкций, путем разработки и реализации численного алгоритма для исследования методом конечных элементов механизмов разрушения, возникающих в элементах конструкции при их нагружении и сопоставлении полученных результатов с экспериментальными данными.

Задачи исследования:

1. Определить упругие свойства однонаправленного слоя, основываясь на информации об упругих свойствах компонент и объемном содержании армирующего компонента. Создать универсальную программу, основанную на

численном решении задачи теории упругости методом конечных элементов, для определения эффективных модулей Ег, Ех, Еу, Gzx, Оу, Оху, ц2х, цу, ц.^ в диапазоне изменения содержания волокна от 1 до 76% в структуре с круглым и эллиптическим поперечным сечением волокна (для хаотичного и упорядоченного расположения волокон при различных комбинациях упругих свойств).

2. Выработать рекомендации по применимости приближенных формул для оценки упругих эффективных модулей однонаправленных КМ, основываясь на численном решении задачи теории упругости.

3. Программно осуществить и автоматизировать алгоритм реализации модели прогрессирующего разрушения для исследования возникновения и развития разрушений в элементах конструкций из слоистых КМ с концентраторами напряжений при нагружении.

4. Верифицировать подход, основанный на МПР, на базе сравнения с экспериментальными данными для образцов с различными концентраторами;

5. Исследовать развитие повреждений в слоях многослойного пакета при нагружении образца/элемента конструкции из слоистых КМ с концентраторами вплоть до потери несущей способности. Определить вид разрушения и разрушающие нагрузки для образцов и элементов конструкции, выполненных из слоистых КМ, содержащих концентраторы напряжений.

6. Выработать рекомендации по проектированию металлокомпозитных болтовых соединений, основываясь на полученных результатах.

Научная новизна:

1. Рекомендации по практическому применению известных приближенных формул расчета эффективных модулей однонаправленных КМ.

2. Реализованный блок программ-алгоритмов для расчета прочности образцов из слоистых КМ, содержащих широкий класс концентраторов напряжений, и определения вида разрушения в образцах металлокомпозитных болтовых соединений из слоистых КМ.

3. Способность автоматизированного численного алгоритма на основе МПР прогнозировать вид разрушения в зависимости от типа концентратора, схемы

армирования и типа нагружения элемента конструкции из слоистых КМ. Для образцов многорядных металлокомпозитных болтовых соединений при растяжении и при нагружении сдвигом и образцов металлокомпозитных болтовых соединений при нагружении в зонах пересечениях силовых потоков прогнозируемые разрушения соответствуют наблюдаемым в эксперименте и для этих соединений подобные исследования ранее не встречаются.

4. Расчетные характеристики несущей способности образцов из слоистых КМ, охватывающие широкий класс конструктивных концентраторов, таких как: ненагруженные зенкованные отверстия и такие же отверстия с крепежным болтом; ряд отверстий; многорядные металлокомпозитные болтовые соединения при одноосном растяжении и при сдвиговом нагружении; металлокомпозитные болтовые соединения при нагружении в зонах пересечения силовых потоков. Исследования по используемому подходу для перечисленных образцов ранее не были представлены.

5. Рекомендации по проектированию металлокомпозитных болтовых соединений.

Теоретическая и практическая значимость работы

На этапе проектирования и проведения поверочных расчетов прочности деталей и элементов конструкций, выполненных из слоистых КМ, металлокомпозитных и прочих соединений, в силу специфики структуры КМ и разброса экспериментальных данных, определяющих механические свойства КМ, возникает необходимость проведения широкомасштабного эксперимента по определению механико-прочностных свойств и несущей способности соединения или элемента конструкции. Реализованный на базе метода конечных элементов подход к прогнозированию прочности элементов конструкций из слоистых КМ с конструктивными концентраторами напряжений позволяет избегать дорогостоящих экспериментов и существенно сократить время проектировочных и поверочных расчетов. Показана эффективность модели прогрессирующего разрушения, подтвержденная расчетными и экспериментальными исследованиями, применительно к анализу прочности и характеру разрушения

слоистых КМ с концентраторами напряжений широкого класса. Выявлены и описаны особенности их разрушения в зоне контактных напряжений.

Личный вклад автора заключается в разработке и программной реализации универсального алгоритма расчета эффективных модулей однонаправленных КМ по известным упругим свойствам составляющих компонент и объемному содержанию армирующего компонента; в проведении расчетов по определению эффективных модулей волокнистых КМ; в разработке и реализации алгоритма подхода, основанного на модели прогрессирующего разрушения, для расчета несущей способности элементов конструкций из слоистых КМ и определения типа разрушения этих элементов; в проведении расчетов по определению прочности образов с различными концентраторами напряжений; в сопоставлении результатов расчета с результатами эксперимента; в подготовке и проведении испытаний образцов (частично).

Методология и методы исследования

В качестве основного метода исследований использовался метод конечных элементов, реализованный в программной среде АНБУБ. При решении поставленных задач использовались методы теории многослойных пластин и теории упругости.

Положения, выносимые на защиту:

1. Рекомендации по применимости приближенных формул для расчета эффективных модулей однонаправленного КМ.

2. Алгоритмы и реализующие их программы, ориентированные на практическое использование при оценке несущей способности образцов/элементов конструкции из слоистых КМ, содержащих концентраторы напряжений и позволяющие прогнозировать вид разрушения в этих объектах.

3. Расчетные характеристики несущей способности образцов, выполненных из слоистых КМ с конструктивными концентраторами напряжений.

4. Рекомендации по проектированию металлокомпозитных болтовых соединений.

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность исследований диссертационной работы подтверждается экспериментальными исследованиями, проведенными в ФГУП «СибНИА им. С. А. Чаплыгина» и в ФГУП «ЦАГИ им. Н. Е. Жуковского», и результатами численных экспериментов по обеспечению сходимости численных решений.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона», посвященной 50-летию полета Ю.А. Гагарина в космос (г. Новосибирск, 2011 г.); XV Международной научной конференции «Решетневские чтения» (г. Красноярск, 2011 г.); Всероссийской олимпиаде студентов «Авиация и авиационная техника» (г. Москва, 2010 г.); XII Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона» (г. Новосибирск, 2013 г.); III Всероссийской конференции «Деформирование и разрушение структурно-неоднородных сред и конструкций» (г. Новосибирск, 2014 г.); I Международной научной конференции «Электротехника. Энергетика. Машиностроение», секция Машиностроение (г. Новосибирск, 2014 г.); школе-семинаре СибНИА «Проблемы прочности авиационных конструкций и материалов» (г. Новосибирск, 2013, 2015, 2016 гг.); XXIV Всероссийской конференции «Численные методы решения задач теории упругости и пластичности» (г. Омск, 2015 г.); 14 Российско-китайской научной конференции "Fundamental Problems of Aircraft Aerodynamics, Flight Dynamics, Strength and Flight Safety" (г. Шеньян, 2015 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ. Из них шесть статей, входящих в перечень российских рецензируемых научных журналов, рекомендованных ВАК РФ; 10 — в сборниках научных трудов Всероссийских и международных научных конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы (из 11 4 наименований) и восьми приложений. Диссертация содержит 192 страницы основного текста, 84 рисунка, 78 таблиц.

1 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКЕ. ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ПРОЧНОСТИ

Композит представляет собой материал, образованный путем комбинирования двух и более материалов, обладающий набором уникальных свойств, которые не имели составляющие компоненты. Практически все материалы в окружающем мире являются композиционными [1] — природные композиты (дерево, кости, камни и др.) и композиционные материалы (КМ), созданные человеком.

Моментом становления КМ в авиации принято считать времена Первой мировой войны [1, 2], когда практически все бипланы и монопланы были выполнены из дерева, такого как бальза, тополь, ель и др. 30-е — 40-е года отмечаются ростом скорости и размеров летательных аппаратов, повышенными требованиями к прочности и жесткости путем перехода от деревянных конструкций, в которых такие показатели были недостижимы, к конструкциям, выполненным из алюминиевых сплавов [1]. В гонке за скоростью в 50-х годах возникли новые требования к авиационной конструкции. Летательный аппарат должен был отвечать требованиям повышенной весовой эффективности, сбережения топлива и в этом смысле алюминиевые сплавы достигли своего предела. Возникла необходимость поиска материалов, способных удовлетворить выдвигаемые требования. С 30-х годов стали доступны стекловолокна, оказавшиеся прочными, невоспламеняемыми и невосприимчивыми к воздействию окружающей среды, а при покрытии смолой легко приобретающие требуемую форму изделия. Стеклоткани были успешно использованы в серии японских планеров Todai LBS в середине 50-х. Обшивка крыльев планера Phoenix была выполнена в виде трехслойной панели с несущими слоями из стекловолокна с полиэстерной матрицей и сердцевиной из бальзы в Германии в 1957 г. Серийное производство высокопрочного углеволокна научно-исследовательской организацией Royal Aircraft Establishment в Великобритании датируется

1952 годом. В 1958 г. американская компания Union Carbide начала производство высокомодульного углеволокна и в 1959 г. в Японии началось производство высокопрочного углеволокна. Приблизительно в это время были представлены бороволокна. И в 70-х США начали продавать высокопрочные органические волокна кевлар [1].

После появления сведений о внедрении высокопрочных волокон в полимерные связующие за рубежом в 1967 г. по указанию А.Т. Туманова в ВИАМ была создана группа для проведения работ по полимерным КМ [2] и уже в 1968 г. были продемонстрированы первые лабораторные образцы КМ. Задача создания промышленности КМ в СССР получила статус государственной, к выполнению которой было привлечено более 50 организаций различных отраслей. ВИАМ стал главным институтом, в котором была создана лаборатория «Конструкционные углепластики», давшая толчок к развитию конструкционных материалов в материаловедении. В 1971 г. в ВИАМ были разработаны первые полимерные КМ — боропластик КМБ-1 и углепластик КМУ-1, и для ускорения внедрения КМ Министерство авиационной промышленности назначило ряд предприятий для освоения КМ — ОКБ им. О.К. Антонова, ОКБ им. П.О. Сухого, ОКБ им. В.А. Лотарева, ОКБ им. М.П. Миля, ОКБ им. П.Д. Грушина [2]. Весомый вклад в разработку технологий для КМ внесли множество институтов, в том числе ЦАГИ и ЦИАМ, также как и передовые ОКБ. И после проведения успешных испытаний аппаратов Ан-24, Ан-22 и Су-25 многие КБ приняли решение внедрить углепластики в будущие аппараты.

К настоящему моменту КМ различного типа (волокнистые, тканные, дисперсные, трехслойные с легким заполнителем и пр.) на основе стекло-, угле-, бороволокна и других получили распространение во многих отраслях промышленности вследствие высокой удельной жесткости и прочности, весового преимущества, низкой скорости распространения трещин по сравнению с металлами, способности ухода от резонансного режима путем изменения ориентации волокон в отдельных слоях при одной и той же геометрии конструкции [3] и др., также вследствие возможности создания многообразия

механико-прочностных свойств путем варьирования комбинаций расположения слоев и материалов составляющих компонент.

Широкое применение нашли КМ в легкой, гражданской, военной авиации и космической технике. В гражданской авиации в ряде отечественных и зарубежных летательных аппаратов КМ используются в силовых и несиловых конструкциях и интерьере — самолеты КБ ОАО «Туполев» (Ту-204, Ту-214, Ту-334 и др.); ГП «Антонов» (Ан-124, Ан-224, Ан-70 и др.); ОАО «АК им. С.В. Ильюшина» (Ил-96-300, ИЛ-114 и др); самолеты компании Boeing (727, 737, 747, 767, 767, 787); Airbus (А310, А350, A380 и др), L-1011, DC-10, LearFan2100, SSJ-100, Бе-200, МС-21 и прочие [3, 4]. КМ используются в конструкциях военных самолетов: F-14, F-15, F-111, F-16, F/A-18, AV-8B, F-16XL, самолетов ПАО «Компания «Сухой» и АО «РСК «МиГ».

В конструкции планера и в интерьере самолета Ту-204 используются стекло- и углепластики для изготовления частей конструкции средних и больших габаритов; панели пола представляют собой сотовые панели из органопластика, в обтекателях радиолокационных станций использование стеклопластиков составляет 14% от массы. На рисунке 1.1 представлена иллюстрация применения КМ в конструкции планера Ту-204 [3].

При создании планера Ил-96-300 были использованы КМ для пилонов, элементов механизации крыла, створок шасси, мотогондол и др, в основном использовались гибридные углеорганопластики (рисунок 1.1) [3]. Доля КМ в широкофюзеляжных самолетах Airbus А350, Airbus А380 и Boeing 787 Dreamliner составляет 53%, 30% и 50% [5-7], соответственно, в конструкции планера МС-21 — 31% [8] (рисунок 1), в пассажирском самолете SSJ-100 — 12% [9].

9 5

Применение КМ в конструкции планера самолета Ту-204:

1 - элементы механизации крыла; 2 - пилон; 3 - мотогондола (носовая часть, створка); 4 - ВЗК; 5 - створки шасси; 6 - зализ крыла; 7 - элементы оперения: киль, стабилизатор; 8 - обтекатель носовой; 9 - створки ВСУ; 10 - сотовые панели; 11 - панели пола; 12 - монолитные детали.

6 8 4 2 3

Применение КМ в конструкции самолета ИЛ-96-300:

1 - элементы механизации крыла; 2 - пилон; 3 - мотогондола; 4 - воздухозаборник; 5 - служебные люки; 6 - створки шасси; 7 - зализ крыла, бортовой щиток; 8 - сотовые панели и многослойные выклейки; 9 - сотовые панели пола; 10 - панели хвостовой части крыла.

А Высокопрочная углеродная лента

для первичных конструкций В1 Углеродная ткань для вторичных конструкций в сочетании с углеродной тканью для соединения обшивки с сотовым заполнителем (для сотовых конструкций)

Б Стеклоткань для вторичных

конструкций Б1 Стеклоткань для вторичных конструкций в сочетании со стеклотканью для формирования соединения обшивки с сотовым заполнителем (для сотовых конструкций)

Полимерные композиционные

панели пола

Металлы

Применение КМ в конструкции самолета Бое1щ-161:

1 - стенки лонжерона; 2 - панели фиксированные задние; 3 - интерцептор; 4 - элерон внутренний; 5 - законцовка киля; 6 - руль направления; 8 - руль высоты; 9 - облицовка грузового отсека; 10 - зализ крыла; 11 - обтекатель системы выпуска закрылков; 12 - обшивка верхняя и нижняя крыла, стрингеры; 13 -элерон внешний; 14 - обшивка гондолы.

50% - композиционные материалы 20% - алюминиевые сплавы 15% - титановые сплавы 10% - стали 5% - прочие материалы

Предварительная схема распределения материалов в конструкции планера МС-21

Схема распределения материалов в планере самолета Бое1^-181 БгеатИпег

Рисунок 1.1

— Иллюстрация применения КМ в гражданской авиации

В процессе эксплуатации конструкции, содержащей элементы, выполненные из композиционных материалов, могут возникать различные разрушения видимые на поверхности элемента и внутри многослойной конструкции. Наиболее уязвимыми и непредсказуемыми зонами такой конструкции являются композитные части и их соединения, в которых даже при малых эксплуатационных нагрузках могут возникать внутренние разрушения, развитие которых с ростом нагрузки может привести к ослаблению элемента конструкции вплоть до критического состояния. В составе конструкции летательного аппарата встречаются регулярные зоны, в которых отсутствуют концентраторы напряжений в виде различных вырезов (например, панели крыла или хвостового оперения), зоны содержащие концентраторы напряжений в виде отверстий и вырезов, стыковые зоны, содержащие разъемные и неразъемные соединения и прочие. На рисунке 1.2 представлены некоторые варианты болтовых соединений частей авиационной конструкции из КМ с металлом и другими композиционными частями (ФГУП «СибНИА им. С.А. Чаплыгина).

Узлы крепления лонжерона Б°лт°в°е гоединетж узел кретлетия киля

композит-композит после испытаний

Рисунок 1.2 — Некоторые варианты болтовых соединений в конструкции из КМ

По мере внедрения КМ в авиационную промышленность возникала естественная необходимость поиска расчетных подходов для оценки механико-прочностных свойств новых материалов и оценки прочности элементов конструкций, выполненных из КМ. На данный момент существует множество подходов к оценке прочности, позволяющих оценить несущую способность элемента конструкции из слоистого КМ (СКМ) с вышеперечисленными зонами. При оценке прочности элемента СКМ конструкции его можно рассматривать как

элемент конструкции, выполненный из однородного, как правило, ортотропного материала с эффективными (эквивалентными) упругими свойствами, учитывающими укладку слоев в многослойном пакете, или проводить анализ элемента конструкции послойно.

Эффективные упругие свойства (модули) многослойного пакета можно определить, используя основные соотношения теории многослойных пластин, когда известна информация об укладке слоев в пакете и упругие характеристики слоя, которые, в свою очередь, могут быть известны как паспортные данные или определены как эффективные характеристики слоя через упругие свойства составляющих компонент. Поиск эффективных модулей (коэффициентов, связывающих усредненные по объему напряжения и деформации армированной среды) является задачей микромеханики [10]. Существует два подхода к определению эффективных свойств — феноменологический, предполагающий использование уравнений теории упругости для анизотропного тела, в котором модули определяются на основе испытаний КМ, и подход, основанный на элементах структурного анализа, который предполагает нахождение взаимосвязи между свойствами армированной среды и свойствами армирующего материала и связующего [11-13]. Фрагменты структурного анализа можно наблюдать в ранних работах С. Г. Лехницкого [14], А. Л. Рабиновича [15, 16], посвященных прочности слоистых древесных пластиков. Существенный вклад в развитие механики КМ, теории многослойных пластин и оболочек внесли В. В. Болотин, Г. А. Ванин, В. А. Ломакин, Л. П. Хорошун, Л. А. Фильштинский, Ю. М. Тарнапольский, Э. И. Григолюк, В. П. Тамуж, Г. А. Тетерс, А. К. Малмейстер и др. Для определения усредненных характеристик однонаправленно армированных КМ (ОАКМ) существуют различные модели (Рейсса и Фойхта [11, 17], Хашина и Розена (Z. Hashin, B. W. Rosen) [18], Малмейстера [11], Болотина [12] и др.), позволяющие описывать поведение ОАКМ, из которых вытекают приближенные формулы для вычисления эффективных модулей в зависимости от упругих характеристик составляющих фаз и их объемного содержания. О них более подробно описано во втором разделе диссертационной работы.

Для определения предела прочности многослойного пакета существуют следующие критерии [19], которые могут быть применены напрямую к КМ: критерий Puppo-Evensen [20], критерий Wu-Schenblein [21], критерий Chou-MeNamee [22], критерий Soden-Leadbetter-Griggs-Eckold [23] и др.

Существуют также критерии, которые позволяют определить причину разрушения слоя — из-за разрушения матрицы или волокна, и критерии, не позволяющие это идентифицировать. К критериям разрушения, не позволяющим идентифицировать разрушение матрицы или волокна, относятся: критерий Цая-Хилла (Хилла-Мизеса), критерий Хофмана (O. Hoffman) [24], критерий Цая-Ву (S. W. Tsai, E. M. Wu) [25] и др. Известны также критерии Норриса, Аззи-Цая, Фишера, Марина, Прагера, Чамиса и другие [26].

Исследованием разрушения матрицы, одному из самых ранних механизмов разрушения [27], возникающему в процессе эксплуатации, и его влиянию на жесткость монослоя занимались многие авторы. В соответствии с [28] разрушение в многослойном композите при нагружении вдоль волокон в слоях 0° инициируется с разрушения матрицы в слоях с ориентацией отличной от направления 0° (внеосевых слоях). Разрушение матрицы может возникать как по причине растрескивания самой матрицы, так и по причине возникновения трещин на границе раздела матрица-волокно [29]. Образование трещин в матрице не всегда приводит к катастрофическому разрушению, но может повлиять на поведение композита в целом и привести к созданию условий для возникновения других механизмов разрушения [28]. Трещины в матрице развиваются параллельно направлению волокна и обычно распространяются по толщине образца. Число трещин возрастает монотонно с ростом нагрузки. В работе [28] приведен обзор по критериям разрушения для разрушения матрицы. Такие критерии как критерий максимальных напряжений и деформаций, критерий Хашина-Ротема и критерий Пака позволяют различить разрушения и матрицы и волокна [4]. Критерий Ямадо-Сана (S. E. Yamada, C. T. Sun) позволяет оценить разрушение волокна [30].

1.1 Подходы, используемые для оценки прочности образцов с концентраторами напряжений в виде вырезов

Известны различные подходы к оценке прочности элемента конструкции, содержащего дефект в виде выреза (отверстия круглой и эллиптической формы): подход, основанный на применении критериев линейной механики разрушения (ЛМР) [26]; подходы, основанные на нелокальных критериях разрушения [31] — критерий средних напряжений (интегральный) [32] и критерий по напряжениям в точке, градиентный критерий. Подход ЛМР, предложенный для оценки прочности образца выполненного из волокнистого КМ с отверстием, основывается на использовании двух экспериментально определяемых параметрах — коэффициенте интенсивности напряжений (КИН) K1c и «эффективном пределе текучести» а*. За счет эмпирической величины а* здесь по аналогии с поправкой Ирвина на зону пластичности в металлах производится учет области предразрушения перед вершиной [26]. Этот подход получил развитие путем введения модели фиктивной трещины, учитывающей в действительности существующую «область повреждения» (зону растрескивания) в зоне высоких напряжений за счет функции f(d/a), зависящей от длины трещины и диаметра отверстия, полученной Бови [26]. Таким образом, для оценки прочности образца с отверстием по подходам, основанным на ЛМР, требуется знание экспериментально определяемых величин K1c, а* и значений f(d/a). С практической точки зрения это не всегда представляется возможным и более удобным в применении представляется критерий по напряжениям в точке.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Коваленко, Наталья Андреевна, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Sinha, P. K. Composite materials and structures [Electronic resource] / Department of Aerospace engineering. 1.1. T. Kharagpur, 2006. - Access mode: http://www.ae.iitkgp.ernet.in/ebooks/, _free. (Reference date: 20.02.2014).

2. Гуняев, Г. М. Композиты — выдающееся предвидение Алексея Тихоновича Туманова [Электронный ресурс] / Г. М. Гуняев, 2008. - Режим доступа: http://viam.ru/public/files/2008/2008-205103.pdf, свободный. (Дата обращения: 15.05.2016 г.)

3. Макин, Ю. Н. Основы производства ЛА и АД: текст лекций [Текст] / Ю. Н. Макин, А. Н. Ерошкин, О. В. Комиссарова // Моск. гос. техн. ун-т гражд. Авиац, каф. ремонта летат. аппаратов и авиадвигателей. - М.: МГТУГА, 1996. -88 с.

4. Гришин, В. И. Прочность и устойчивость элементов и соединений авиационных конструкций из композитов [Текст] / В. И. Гришин, А. С. Дзюба, Ю. И. Дударьков. - М.: Издательство физико-математической литературы, 2013. -272 с.

5. Европейский ответ Dreamliner - A350 XWB от Airbus начинает обретать форму [Электронный ресурс], 2011 - Режим доступа: http: fea.ru/news/3556, free. (Reference date: 15.05.2016).

6. Композиты в авиационной промышленности [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://cae-systems.ru/kompozity-v-aviacionnoy-promyshlennosti, свободный. (Дата обращения: 15.05.2016 г.)

7. Как и где в самолетостроении используются композиционные материалы [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://olymp. as-club.ru/publ/arkhiv_rabot/desjataja_olimpiada_2012_13_uch_god/kak_i_gde_v_samol etostroenii_ispolzujutsja_kompozicionnye_materialy/31-1-0-825, свободный. (Дата обращения: 15.05.2016 г.)

8. Савин, С. П. Применение современных полимерных композиционных материалов в конструкции планера самолетов семейства МС-21 [Текст] /

С. П. Савин // Изв. Самарского научного центра Российской академии наук. -2012.- т.14, №4 (2). - C. 686-693.

9. Специалисты ОАК прошли обучение в Lufthansa Technical Training [Электронный ресурс], 2013 - Режим доступа: http://superjet.wikidot. com/news:678, свободный. (Дата обращения: 15.05.2016 г.)

10. Браутман, Л. Композиционные материалы [Текст]. В 2 т. Т. 2. Механика композиционных материалов / Л. Браутман, Р. Крок; пер. с англ. под. ред. Дж. Сендецки.- М.: Мир, 1978. - 568 с.

11. Малмейстер, А. К. Сопротивление полимерных и композитных материалов [Текст] / А. К. Малмейстер, В. П. Тамуж, Г. А. Тетерс. - 3-е изд., перераб. и доп. - Рига: Зинатне, 1980. - 572 с.

12. Болотин, В. В. Плоская задача теории упругости для деталей из армированных материалов [Текст] / В. В. Болотин // В кн.: расчеты на прочность. - М.: Машиностроение. - 1966. - вып. 12. - С. 3-31

13. Дария Заде, С. Численная методика определения характеристик однонаправлено армированных композитов гексагональной структуры [Текст] / С. Дария Заде, Г. И. Львов // Авиационно-космическая техника и технология. -2014. - № 2 (109). - С. 59-66.

14. Лехницкий, С.Г. Изгиб неоднородных плит симметричного строения [Текст] / С. Г. Лехницкий // Прикладная математика и механика. - 1941. - т. 5., вып. 1.

15. Рабинович, А. Л. Об упругих постоянных и прочности анизотропных материалов [Текст] / А. Л. Рабинович // Труды ЦАГИ. - 1946. - № 582

16. Рабинович, А. Л. О расчете ортотропных слоистых панелей на растяжение, сдвиг и изгиб [Текст] / А. Л. Рабинович // Труды ЦАГИ. - 1948. -№ 675

17. Композиционные материалы: справочник [Текст] / под ред. Д. М. Карпиноса. - Киев: Изд-во «Наукова думка», 1985. - 592 с.

18. Hashin, Z. The elastic moduli of fiber-reinforced materials [Text] / Z. Hashin, B. W. Rosen // J. Appl. Mech. - 1964. - Vol. 3. - P. 1-9.

19. Nahas, M. N. Survey of failure and post-failure theories of laminated fiber-reinforced composites [Text] / M. N. Nahas // Journal of Composites Technology & Research - Vol. 8, iss. 4 - 1986. - P. 138-153.

20. Puppo, A. H. Strength of anisotropic materials under combined stresses [Text] / A. H. Puppo, H. A. Evensen // AIAA Journal. -1972. - Vol. 10. - P. 468-474.

21. Wu, E. M. Laminate strength - A direct characterization procedure [Text] / E. M. Wu, J. K. Schenblein // ASTM. - 1974. - P.188-206.

22. Chou, P. C. The yield criterion of laminated media [Text] / P. C. Chou, B. M. McNamee, D. K. Chou // J. Compos. Mater. - 1973. - Vol. 7. - P. 22-35.

23. Eckold, G. C. Lamination theory in the prediction of failure envelopes for filament wound materials subjected to biaxial loading [Text] / G. C. Eckold, D. Leadbetter, P. D. Soden, P. R. Griggs // Composites. - 1978. - Vol.9. - P. 243-246.

24. Hoffman, O. The brittle strength of orthotropic materials [Text] / O. Hoffman // J. Compos. Mater. -1967. - Vol. 1. - P. 200-206.

25. Tsai, S. W. A general theory of strength for anisotropic materials [Text] / S. W. Tsai, E. M. Wu // J. Compos. Mater. - 1971. - Vol. 5. - P. 58-80.

26. Максименко, В. Н. Теоретические основы методов расчета прочности элементов конструкций из композитов [Текст] / В. Н. Максименко, И. П. Олегин. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. - 240 с.

27. Cao, C. Damage and failure analysis co-cured fiber-reinforced composite joints: a dissertation of doctor ofphilosophy in Aerospace engineering [Text] / Caihua Cao; Georgia Institute of Technology, 2003. - 187 p.

28. Isometsa, H. Criteria for matrix failure in continuous FRP-composites — a literature study. Part 1: matrix cracking [Text] / H. Isometsa, H. Lahtinen // Rakenteiden Mekaniikka. - Vol. 29, iss. 1. - 1996. - P. 3-28.

29. Joffe, R. Damage accumulation and stiffness degradation in composite laminates: doctoral thesis [Text] / R. Joffe; Lulea university of technology. - Lulea, 1999. — 14 p.

30. Yamada, S. E. Analysis of laminate strength and its distribution [Text] / S. E. Yamada, C. T. Sun // J. Compos. Mater. - 1978. - Vol. 12. - P. 275-284.

31. Сукнев, С. В. Нелокальные критерии разрушения. Критерий по напряжениям в точке [Текст] / C. В. Сукнев // Наука и образование. - 2008. - № 1.

- С. 27-32.

32. Сукнев, С. В. Нелокальные критерии разрушения. Критерий средних напряжений [Текст] / C. В. Сукнев // Наука и образование. - 2007. - № 1. -С. 28-33.

33. Whitney, J. M. Stress fracture criteria for laminated composites containing stress concentrations [Text] / J. M. Whitney, R. J. Nuismer // J. Compos. Mater. - 1974.

- Vol. 8.- P. 253-265.

34. Леган, М. А. Хрупкое разрушение элементов конструкций с концентраторами напряжений [Текст] / М. А. Леган // Вестник НГУ. Серия: Математика, механика, информатика. - 2013. - Т. 13., вып. 3. - С.70-76.

35. Сукнев, С. В. О применении градиентного подхода к оценке локальной прочности [Текст] / C. В. Сукнев // Прикладная механика и техническая физика. -1999. - Т. 40., № 4. - С. 222-228.

36. Гузь, А. Н. Критерий хрупкого разрушения возле концентраторов напряжений в композитных материалах при сжатии [Текст] / А. Н. Гузь // Прикладная механика. - 1986. - Т. 22, № 12. - С. 46-54.

37. Гузь, А. Н. Механика разрушения композитных материалов при сжатии [Текст] / А. Н. Гузь. - Киев: Наукова думка., 1990. - 632 с

38. Гузь, А. Н. О механике разрушения композитных материалов при осевом сжатии (хрупкое разрушение) [Текст] / А.Н. Гузь // Прикл. мех. - 1982. - Т.18, № 10. - С. 3-16.

39. Гузь, А. Н. Разрушение однонаправленных бороалюминиевых композитов при сжатии [Текст] / А. Н. Гузь [и др.] // Механика композитных материалов. - 1986. - № 2. - С. 226-230.

40. Гузь, А. Н. О разрушении однонаправленного волокнистого композита с упругопластической матрицей при сжатии [Текст] / А. Н. Гузь, М. А. Черевко // Механика композитных материалов. - 1982. - № 6. - С. 987-994.

41. Ушаков, А. Е. Определение несущей способности сжатых углепластиковых оболочек при отсутствии и наличии концентраторов напряжений в условиях воздействия повышенной температуры [Текст] / А. Е. Ушаков, В. А. Киреев // Механика композитных материалов. - 1988. - № 2. -С. 299-305.

42. Soutis, C. Failure prediction technique for compression loaded carbon fibre-epoxy laminate with open holes [Text] / C. Soutis, N. A. Fleck // J. Compos. Mater. -1991. - Vol. 25. - 1991. - P. 1476-1498.

43. Soutis, C. A method for predicting the fracture tougness of CFRP laminates failing by fibre microbuckling [Text] / C. Soutis, P. T Curtis // Composites: Part A. -2000. - Vol. 31, iss. 7. - P. 733-740.

44. Soutis, C. Compressive failure of notched carbon fibre composites [Text] / C. Soutis, P. T. Curtis, N. A. Fleck // Proc. Roy. Soc. London. A. - 1993. - Vol. 440. -P. 241-256.

45. Composite material handbook [Electronic resource]. In 3 vol. Vol. 1. Polymer matrix composites guidelines for characterization of structural materials - USA,2002. -

162 p. - Access mode: https://www.library.ucdavis.edu/dept/pse/resources/fulltext/ HDBK17-1F.pdf, _free. (Reference date: 10.04.2015).

46. Camanho, P. P. Stress analysis and strength prediction of mechanically fastened joints in FRP: a review [Text] / P. P. Camanho, F. L. Matthews // Composites Part A. - 1997. - Vol. 28A. - P. 529-547.

47. Waszczak, J. P. Failure mode and strength prediction of anisotropic bolt bearing specimens [Text] / J. P. Waszczak, T. A. Cruse // J. Compos. Mater. - 1971. -Vol. 5. - P. 421-425.

48. Crews, J. H. Combined beaing-bypass loading on a graphite/epoxy laminate [Text] / J. H. Crews, R. A. Naik// Composite structures. - 1986. - Vol. 6. - P. 21-40.

49. Tang, S. Failure of composite joints under combined tension and bolt loads [Text] /S. Tang// J. Compos. Mater. - 1981. - Vol. 15. - P. 329-335.

50. Nuismer, R. J. Applications of the average stress failure criterion: part I -tension [Text] / R. J. Nuismer, J. D. Labor // J. Compos. Mater. - 1979. - Vol. 12. -P. 238-249.

51. Nuismer, R. J. Applications of the average stress failure criterion: part II -compression [Text] /R. J. Nuismer, J. D. Labor // J. Compos. Mater. - 1979. - Vol. 13.

- P. 49-60.

52. Agarwal, B. L. Static strength prediction of bolted joint in composite materials [Text] /B. L. Agarwal // AlAA Journal. - 1980. - Vol. 18. - P. 1371-1375.

53. Wilson, D. W. Analysis of the shearout failure mode in composite laminates [Text] / D. W. Wilson, R. B.Pipes //1st international conference on composite structures. Applied science publisher. - 1981. - P. 34-49

54. Chang, F. K. Strength of mechanically fastened composite joints [Text] / F. K. Chang, R. A. Scott, G. S. Springer // J. Compos. Mater. - 1982. - Vol. 16. -P. 470-494.

55. Aluko, O. An analytical method for failure prediction of composite pinned joints [Electronic resource] / O. Aluko // Proceedings of the world congress on engineering. - 2011. - Vol. III. - P. 2581-2587. - Access mode: www. iaeng.org/publication/WCE2011/WCE2011 _pp2581 -2587.pdf, free. (Reference date: 15.05.2016).

56. Arnold, W. S. Optimum design considerations for mechanically fastened composite joints [Text] / W. S Arnold, I. H. Marshal, J. Wood // Composite structures.

- 1990. - Vol.16. - P. 85-101.

57. Eisenmann J. R. Bolted joint static strength model for composite materials [Text] / J. R. Eisenmann //NASA Report TMX3377. - 1976. - P. 563-602.

58. Schulz, K. C. A tension-mode fracture model for bolted joints in composite laminates [Text] / K. C. Schulz, P. Packman, J. R. Eisenmann // J. Compos. Mater. -1995. - Vol. 29. - P. 37-58.

59. Chang, F. K. A progressive damage model for laminated composites containing stress concentrations [Text] / F. K. Chang, K. Y. Chang // J. Compos. Mater.

- 1987. - Vol. 21. - P. 834-855.

60. Chang, F. K. Post-failure analysis of bolted composite joints in tension or shear-out mode failure [Text] / F. K. Chang, K. Y. Chang // J. Compos. Mater. - 1987. - Vol. 21. - P. 809-833.

61. Hashin, Z. Failure Criteria for Unidirectional fiber composites [Text] / Z. Hashin // J. AppliedMech. - 1980. - Vol. 47. - P. 329-334.

62. Chang, F. K. Damage tolerance of laminated composites containing an open hole and subjected to compressive loadings: part I - analysis [Text] / F. K. Chang, L. B. Lessard// J. Compos. Mater. - 1991. - Vol. 25. - P. 2-43.

63. Chang, K. Y. Damage tolerance of laminated composite structures containing an open hole and subjected to tensile loadings [Text] / K. Y. Chang, S. Liu, F. K. Chang// J. Compos. Mater. - 1991. - Vol. 25. - P. 274-301.

64. Tan, S. C. A progressive failure model for composite laminates containing openings /S. C. Tan // J. Compos. Mater. - 1991. - Vol. 25. - P. 556-577.

65. Чэнь, С. Анализ прогрессирующего разрушения слоистого композита со сквозным отверстием с помощью s-версии метода конечных элементов [Текст] / С. Чэнь, Дж. Ли, Х. Ван // Механика композиционных материалов. - 2014. - Т. 50, № 3. - С. 397-418.

66. Chen, W. H. Failure process and pin-bearing strength of laminated composites at elevated temperatures [Text] / W. H. Chen, Y. J. Lee // J. Plastics and Compos. - 1992. - Vol. 11. - P. 743-771.

67. Lessard, L. B. Two-dimensional modeling of composite pinned-joint failure [Text] / L. B. Lessard, M. M. Shokrieh // J. Compos. Mater. - 1995. - Vol. 29. -P. 671-697.

68. Chen, W. H. Numerical and experimental failure analysis of composite laminates with bolted joints under bending loads [Text] / W. H. Chen, S. S. Lee // J. Compos. Mater. - 1995. - Vol.29. - P. 15-36.

69. Ye, L. Role of matrix resin in delamination onset and growth in composite laminates [Text] /L. Ye // Compos. Sci. Technol. - 1988. - Vol. 33. - P. 257-277.

70. Tserpes, K. I. Strength prediction of bolted joints in graphite/epoxy composite laminates [Text] /K I Tserpes [etc.] // Composites Part B: engineering. - 2002. - Vol. 33. - P. 521-529.

71. Tserpes, K. I. A three-dimensional progressive damage model for bolted joints in composite laminates subjected to tensile loading [Text] / K. I. Tserpes, P. Papanikos, Th. Kermanidis // Fatigue Fract. Engng. Mater. Struct. - 2002. - Vol. 24 (10). - P. 673-686.

72. Camanho, P. P. A progressive damage model for mechanically fastened joints in composite laminates [Text] / P. P. Camanho, F. L. Matthews // J. Comp. Mater. -2000. - Vol. 33. - P. 906-927.

73. Hill, R. Theory of mechanical properties of fibre-strengthened materials: I. Elastic behavior [Text] / R. Hill // J. Mech. Phys. Solids. - 1964. - Vol. 12. -P. 199-212.

74. Whitney, J. M. Elastic properties of fiber reinforced composite materials [Text] / J. M. Whitney, M. B. Riley // AIAA Journal. - 1966. - Vol. 4, iss. 9. -P. 1537-1542.

75. Hermans, J. J. The elastic properties of fiber reinforced materials when the fiber are aligned [Text] / J. J. Hermans //Proc. Kon. Ned. Akad. B70. - 1967. - iss. 1. -P. 1-9.

76. Композиционные материалы волокнистого строения [Текст] / под. ред. И. Н. Францевича, Д. М. Карпиноса. - Киев: Наукова думка, 1970. - 403 с.

77. Jones, R. M. Mechanics of composite materials [Text] / R. M. Jones. - 2nd ed.: Philadelphia: Taylor & Francis, 1999. - 519p.

78. Herrmann, L. R. Composite properties of filament-resin systems [Text] / L. R. Herrmann, K. S. Pister //ASME Paper 63-WA-239. - Philadelphia. - 1963.

79. Кристенсен, Р. Введение в механику композитов [Текст] / Р. Кристенсен; пер. с англ. под ред. Ю. М. Тарнапольского. - М.: Мир, 1982. - 334 с.

80. Олегин, И. П. Определение эффективных упругих характеристик в гранулированных композитах и однонаправленных композитах периодической структуры [Текст] / И. П Олегин., Ю. П. Нигирич // Изв. высших учебных

заведений СТРОИТЕЛЬСТВО. Новосибирск: Изд-во НГТУ. - 2007. - №1 (377). -С. 39-41.

81. Олегин, И. П. Механика композиционных материалов: Методические указания [Текст] / И. П Олегин., Ю. П. Нигирич. - Новосибирск: НГТУ, 2008. -32 с.

82. Максименко, В. Н. Методы расчета на прочность и жесткость элементов конструкций из композитов [Текст] / В. Н. Максименко, И. П. Олегин, Н. В. Пустовой. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2015. - 423 с.

83. Морозов, Е. М. ANSYS в руках инженера. Механика разрушения [Текст] / Е. М. Морозов, А. Ю. Муйземнек, А. С. Шадский. - М.: ЛЕНАНД, 2008. - 456 с.

84. ANSYS Mechanical APDL Command Reference. Release 15.0 [Electronic resource] / SAS IP, 2013. - Access mode: http: 148.204.81.206 Ansys 150 ANSYS%20Mechanical%20APDL%20Command%20 Reference.pdf,_free. (Reference date: 22.07.2016).

85. Басов, К. А. ANSYS: справочник пользователя [Текст] / К. А. Басов. -М.: ДМК Пресс, 2005. - 640 с.

86. Белобородов, А. В. Оценка качества построения конечно-элементной модели в ANSYS [Текст] / А. В. Белобородов // Материалы II Российской межвузовской научно-технической конф. «Компьютерный инженерный анализ». Екатеринбург: Изд-во УГТУ-УПИ. - 2005. - С. 78-84.

87. Сухобокова, Г. П. Расчет характеристик жесткости и прочности однонаправленного слоя и многослойных материалов с перекрестным армированием [Текст] / Г. П. Сухобокова // В сб. «Проектирование, расчета и испытания конструкций из композиционных материалов» ЦАГИ. - 1973. - вып. I. - С. 5-25.

88. Harris, B. Engineering composite materials [Text] / B. Harris. - The Institute of Materials, London, 1999. - 194 p.

89. Бархан, А. Экспериментальная проверка некоторых упругих свойств однонаправленных композитов [Текст] / А. Бархан, Р. Хатыс // Механика композиционных материалов. - 2008. - Т. 44, № 2. - С. 195-206.

90. Chen, C. H. А. Mechanical properties of anisotropic fiber-reinforced composites [Text] / C. H. Chen, S. Cheng // J. Appl. Mech. - 1970 г. - Vol. 37(1). -P. 186-189.

91. Чигарев, А. В. ANSYS для инженеров: справ. пособ. [Текст] / А. В. Чигарев, А. С. Кравчук, А. Ф. Смалюк - М.: Машиностроение-1. - 2004. -512 с.

92. Collings, T. A. On the bearing strength of CFRP laminates [Text] / T. A. Collings // Composites. - 1977. - Vol. 8. - P. 43-54.

93. Quinn, W. J. The effect of clamping pressure on bolt bearing loads in glass fibre-reinforced plastics [Text] / W. J. Quinn, F. L. Matthews // J. Comp. Mater. - 1987.

- Vol. 11. - P. 139-145.

94. Ireman, T. Three-dimentional stress analysis of bolted single-lap composite joints [Text] / T. Ireman // Comp. Struct. - 1999. - Vol. 43. - P. 195-216.

95. Ireman, T. On damage development in mechanically fastened composite laminates [Text] / T. Ireman, T. Ranvik, I. Erriksson // Comp. Struct. - 2000. - Vol. 49.

- P. 151-171.

96. Ireman, T. Design of composite structures containing bolt holes and open holes: doctoral thesis [Electronic resource] / T. Ireman // Royal Institute of Technology. - Stockholm, 1999. - 28 p. - Access mode: http://citeseerx. ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.12.33 70&rep =rep1 &type=p df, free. (Reference date: 14.07.2015).

97. Herrington, P. D. Effect of radial clearance between bolt and washer on the bearing strength of composite bolted joints [Text] / P. D. Herrington, M. Sabbaghian // J. Comp. Mater. - 1993. - Vol. 26. - P. 1826-1843.

98. Kradinov, V. Combined in-plane and through-the-thickness analysis failure prediction of bolted composite joints [Text] / V. Kradinov, E. Madenci, D. R. Ambur // AIAA Structural dynamics and materials conference, Palm Springs, California - 2004.

- iss. 1703. - P. 1-24.

99. Khudhayer, J. J. Progressive failure analysis and failure map into plain weave glass fibre reinforced polymer bolted joint [Text] / J. J. Khudhayer // Amer. J. Mater. Science and Engineering. - 2015. - Vol. 3, iss. 2. - P. 21-28.

100. Lessard, L. B. Two-dimensional modeling of composite pinned-joint failure [Text] / L. B. Lessard, M. M. Shokrieh // J. Comp. Mater. - 1995. - Vol. 29, iss. 5. -P. 671-697.

101. Расчетно-экспериментальные работы по определению прочностных характеристик перспективных ПКМ с различными схемами армирования. Определение несущей способности винтовых быстросъемных замков объекта ПМИ [Текст]: отчет о НИР: 02-14 / ФГУП «СибНИА им. С.А. Чаплыгина»; рук. В. Н. Чаплыгин; исполн.: В. Н. Чаплыгин [и др.]. - Новосибирск, 2014. - 388 с.

102. Коваленко, Н. А. Численно-экспериментальное исследование прочности элементов конструкций из слоистых углепластиков [Текст] / Н. А. Коваленко [и др.] // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты, материаловедение). - 2014. - № 1 (62). - С. 69-75.

103. Разработка методики акустико-эмиссионного контроля дефектов в авиационных агрегатах из углепластика при прочностных испытаниях [Текст]: отчет о НИР: 45-14 / ФГУП «СибНИА им. С.А. Чаплыгина»; рук. Л. Н. Степанова; исполн.: Л. Н. Степанова [и др.]. - Новосибирск, 2014. - 169 с.

104. Степанова, Л. Н. Использование метода конечных элементов, тензометрии и акустической эмиссии для определения механизма разрушения образцов из углепластика при прочностных испытаниях [Текст] / Л. Н. Степанова, [и др.] // Контроль. Диагностика. - 2015. - № 4. - С. 29-36.

105. Разработка методики акустико-эмиссионного контроля дефектов в образцах и авиационных агрегатах из углепластика при статических и циклических прочностных испытаниях [Текст]: отчет о НИР: 39-15 / ФГУП «СибНИА им. С.А. Чаплыгина»; рук. Л. Н. Степанова; исполн.: Л. Н. Степанова [и др.]. - Новосибирск, 2015. - 141 с.

106. Уточнение облика, характеристик и расчетных условий создания демонстратора технологий унифицированного семейства ЛМС на 9-19

пассажиров (ЛМС 9-19). Разработка конструкторской документации на элементы конструкции планера и постройку опытного образца-демонстратора технологий доступного ЛМС на 9 мест с расширенными возможностями базирования. Изготовление агрегатов конструкции планера, сборка опытного образца демонстратора технологий доступного ЛМС на 9 мест с расширенными возможностями базирования. Шифр «Бриз» [Текст]: отчет о НИР: 08-15 / ФГУП «СибНИА им. С.А. Чаплыгина». - Новосибирск, 2015. - 467 с.

107. Исследование прочности элементов конструкций и механических соединений из КМ при различных формах разрушения, аэроупругой устойчивости самолета, разработка методов обеспечения и повышения усталостной долговечности авиаконструкций, метода моделирования теплового состояния отсеков ЛА, методов предотвращения летных происшествий и оценки нагруженности основных частей конструкции ЛА. Шифр «Прочность-2013С». Этап 2 [Текст]: отчет о НИР: 39-13 / ФГУП «СибНИА им. С.А. Чаплыгина». -Новосибирск, 2013. - 467 с.

108. Разработка критериев предельного состояния при расчете на прочность механических соединений из КМ, методов оценки технического состояния планера ЛА по условию коррозии, мероприятий по поддержанию летной годности и обеспечению безопасной эксплуатации, системы контроля параметров полета ЛА, параметрические исследования устойчивости движения упругого самолета, математической модели теплового состояния различных видов отсеков и систем ЛА, ресурсных характеристик и служебных свойств конструкций с учетом воздействия внешних факторов. Шифр «Прочность-2013С». Этап 4 [Текст]: отчет о НИР: 39-14 / ФГУП «СибНИА им. С.А. Чаплыгина». - Новосибирск, 2014. -467 с.

109. Bespalov, V. A. Computational and experimental research of bolted joints of metal and composite in airframes [Electronic resource] / V. A. Bespalov, T. B. Gotselyuk, V. N. Chaplygin // 28th International congress of the aeronautical sciences, ICAS 2012. - 2012. - P.1-10. - электрон. опт. диск (CD-ROM).

110. Разработка метода моделирования жесткости самолета при копровых испытаниях на шимми, алгоритмов систем обработки диагностической информации, рекомендаций по расчету на прочность и проектированию механических соединений элементов конструкций из КМ, исследование системы контроля параметров полета ВС и прогнозирования критических ситуаций в полете. Шифр «Прочность-2013С». Этап 6 [Текст]: отчет о НИР: 34-15 / ФГУП «СибНИА им. С.А. Чаплыгина»; рук.: В. К. Белов. - Новосибирск, 2015. - 449 с.

111. Сироткин, О. С. Проектирование, расчет и технология соединений авиационной техники [Текст] / О. С. Сироткин, В. И. Гришин, В. Б. Литвинов. -М.: Машиностроение, 2006. - 331 с.

112. Астахов, М. Ф. Справочная книга по расчету самолета на прочность [Текст] / М. Ф. Астахов, А. В. Караваев, С. Я.Макаров, Я. Я. Суздальцев. -М.: Гос. изд-во оборонной промышленности, 1954. - 700 с.

113. Косарев, В. А. Методика решения задач прогрессирующего разрушения конструкций из КМ [Текст] / В. А. Косарев // Авиационная промышленность. -2016. - № 1. - С. 46-52.

114. Козлов, М. В. Моделирование прогрессирующего разрушения слоистых композитов [Текст] / М. В. Козлов, С. В. Шешенин // Механика композитных материалов. - 2015. - Т. 51, №6. - С. 991-1008.