Технологические параметры изготовления и механические характеристики складчатого заполнителя трехслойных авиационных панелей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.03, кандидат технических наук Закиров, Ильдар Ильдусович

• Закиров, Ильдар Ильдусович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Закиров, Ильдар Ильдусович

Введение

Глава 1 Состояние вопроса

1.1. Многослойные конструкции летательных аппаратов

1.2. Заполнители трехслойных конструкций

1.3. Материалы заполнителей

1.4. Технология изготовления заполнителей

1.5. Механические характеристики заполнителей

Глава 2 Исследование параметров биговки

2.1. Технологическая операция биговка

2.2. Испытание материала «ТЧотех»

2.3. Напряженно-деформированное состояние при биговке

2.4. Определение усилия при биговке

2.5. Анализ параметров биговки на эластичном основании по сравнению с биговкой на жестком основании

2.6. Биговка на ротационной машине валками с использованием эластичных элементов

2.7. Биговка ультразвуком

Глава 3 Исследование технологических и прочностных параметров соединения ультразвуковой сваркой участков заполнителя

3.1. Ультразвуковая сварка

3.2. Выбор параметров магнитострикционных преобразователей для ультразвуковой сварки элементов

3.3. Проектирование и изготовление рабочих инструментов (концентратора и наконечника) и оснастки для ультразвуковой сварки

3.4. Экспериментальные исследования

Глава 4 Жесткостные и прочностные характеристики заполнителя складчатой структуры в виде Z гофра

4.1. Постановка задачи

4.2. Критические значения напряжений, формирующихся в стенках заполнителя при его нагружении

4.3. Структурные формулы для определения жесткостных и прочностных характеристик при сжатии заполнителя в поперечном направлении

4.4. Экспериментальные исследования тест-образцов на поперечное сжатие и идентификация свободных коэффициентов, содержащихся в структурных формулах

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технологические параметры изготовления и механические характеристики складчатого заполнителя трехслойных авиационных панелей»

Повышение эффективности современной техники неразрывно связано с поиском и реализацией новых конструктивно-технологических решений.

Одним из важных направлений в этом поиске в конструкциях летательных аппаратов является создание и все более широкое применение трехслойных конструкций, элементы которых состоят из двух несущих обшивок и легкого заполнителя между ними. Такие элементы используются в корпусах ракет, в фюзеляжах и крыльях в других конструкциях оболочкового типа.

Перспективность трехслойных конструкций, связанная в первую очередь с их высокой относительной жесткостью и прочностью, определяет необходимость развития методов их расчета, проектирования и технологии производства.

Технологии изготовления и методам расчета трехслойных конструкций на прочность и устойчивость посвящена обширная литература; достаточно подробно рассмотрены методы производства. Вместе с тем актуальными остаются вопросы эффективности и конкурентоспособности технологии, а также выбора оптимальных параметров по критерию минимума массы. Конструированию узлов, стыков, заделок, мест передачи сосредоточенных нагрузок уделяется также недостаточное внимание. Это в особенности относится к трехслойным конструкциям с сотовыми и складчатыми заполнителями. Недостаточная разработка указанных вопросов в большой степени тормозит применение трехслойных конструкций.

Одной из основных проблем использования складчатых структур в конструкциях и широкого применения является отсутствие отработанной технологии индустриального производства и достоверных механических характеристик заполнителей, изготовленных из различных исходных материалов.

Заключение диссертации по теме «Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов», Закиров, Ильдар Ильдусович

Общие выводы по диссертации

1. Предложена предварительная операция биговки (образования канавок), позволяющая расширить возможности автоматизированного формообразования складчатой конструкции из плоской заготовки.

2. Исследовано напряженно-деформированное состояние заготовки и получены расчетные зависимости для определения усилий при биговке пластическим деформированием закругленным инструментом, заостренным и плоским инструментом.

3. Исследованы различные способы биговки: ротационный односторонний, ротационный двухсторонний, в штампах с нагревом, ультразвуковой, лазерный. Даны рекомендации по выбору способа и параметров процессов, конструкции ротационных машин.

4. Проведены испытания некоторых полимерных материалов и записаны аналитические уравнений напряжений от деформаций.

5. Проанализирована ультразвуковая сварка полимерного материала, создана экспериментальная установка, определены режимы сварки.

6. Получены аналитические уравнения, определяющие жесткостные и прочностные характеристики заполнителя складчатой структуры, разработаны методики их определения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Закиров, Ильдар Ильдусович, 2013 год

1. Российская энциклопедия GALS. Авиационно-космическое машиностроение/ Гл.ред. А.Г.Братухин. М.: ОАО «НИЦ АСК», 2008, 608 с.илл.

2. Ендогур А.И. и др. Сотовые конструкции. Выбор параметров и проектирование / А.И.Ендогур, В.М.Вайнберг, К.М.Иерусалимский. М.: Машиностроение, 1986, 200 е., илл.

3. Патент №2297948, С2 МКП В 64 С1/00. Многослойная панель, фюзеляж и способ дренирования фюзеляжа. Закиров И.М., Никитин A.B., Акишев Н.И., Алексеев К.АЛ Бюл. №12.2007.

4. Халиуллин В.И. Технологические схемы изготовления многослойных конструкций. Казань, Изд-во Гос. Технического ун-та, 1999, 168 с.

5. Kehrle R., Kolax М., Sandwich structures for advanced next generation fuselage concepts. SETEC 01/06, SAMPE EUROPE, Session 1, p. 11-16.

6. Справочник по композиционным материалам. В 2-х кн., Под ред. Дж.Любина; Пер. с англ. Геллера А.Б., Гельмонта М.М. под ред. Геллера Б.Э. М.: Машиностроение, 1998, 448 с.

7. Теория и практика технологий производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов 21 век. Труды международной конференции 30 января - 2 февраля 2001, Москва, МГУ. 748 с.

8. Теория и практика технологий производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов (ТПКММ). Труды международной конференции 27 30 августа 2003, Москва, МГУ, Изд-во «Знание». М., 2004. 804 с.

9. Теория и практика технологий производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов (ТПКММ).

10. Труды международной конференции 26 29 апреля 2005, Москва, МГУ, Изд-во «Знание». М., 2006. 856 с.

11. Изготовление трехслойных панелей со складчатым заполнителем из полимерной бумаги. Коллектив авторов под ред. И.М.Закирова. Казань: Из-во «ФЭН», 2009 - 232 с.

12. Алексеев К.А. Моделирование ротационного формообразования шевронных заполнителей авиационных конструкций. Диссертация на соискание уч. степени к.т.н., Казань, КГТУ им.А.Н. Туполева, 2007, 128 с.

13. Мовчан Г.В. Исследование шевронного заполнителя и технологии его изготовления применительно к конструкции грузового отсека самолета. Диссертация на соискание уч. степени. Казань, КГТУ им. А.Н.Туполева, 2009, 128 с.

14. Петрушенко Р.Ю. Разработка модели и исследование процесса синхронного складывания заполнителя авиационных панелей. Диссертация на соискание уч. степени к.т.н., Казань, КГТУ им.А.Н. Туполева, 2008, 162 с.

15. Алексеев К. А., Закиров И.М. Складчатые структуры. Геометрическое моделирование и автоматизированное проектирование. -Казань, Изд-во «Фэн» Академии Наук РТ, 2010, 212 с.

16. Zakirov I.M., Nikitin A.B., Akishev N.I., Mudra K., Folded structures: performance technology and production // Proceeding of the 27 International SAMPE Europe Conference 2006, Expo Paris, March 27-29, 2009, p.234-239

17. Dreshler K., Kohrle R. Manufacturing of folded core-structures for technical applications. SAMPE Europe Conference and Exhibition, 2004, Paris Pages, p.508-513

18. Elsayed E.A. and Basily B.B A continuous folding process for sheet materials. ICPR 17 Conference Proceedings, Blacksburg, VA, August, 2003, p.4-7

19. Kling D, Elsayed E.A. and Basily B.B. Manufacturing process for folded sheet material. Proceedings of the 2002 VSF design and manufacturing research conference, Sanjuan, January 2002, p. 1552-1562

20. Патент РФ (RU) 2238845 Способ изготовления складчатой конструкции / И.М. Закиров, А.В. Никитин, Н.И. Акишев, 2004 Б.№30, МПК 7В 29С53/24,53/06, 59/02

21. Патент РФ (RU) 2241562 МПК В 21Д 13/08 Способ гофрирования листового материала / И.М.Закиров, А.В. Никитин, Н.И. Акишев, 2004, Б. №34

22. Технология производства изделий и интегральных конструкций из композиционных материалов в машиностроении / Научные редакторы А.Г.Братухин, В.С.Боголюбов, О.С.Сироткин. -М.: Готика, 2003. 516 с.

23. Крысин В.Н. Слоистые клееные конструкции в самолетостроении. М.: Машиностроение 1980, 228 е., илл.

24. Приоритеты авиационных технологий / Науч. ред. д.т.н. А.Г.Братухин, к.т.н, 695 е., к.Н.2, 630 с. М.: Изд-во МАИ, 2004 г.

25. Современные технологии авиастроения /Коллектив авторов: под ред. А.Г.Братухина, Ю.Л.Шапова. М.: Машиностроение, 1999 - 832 с. илл.

26. Берсудский В.Е., Крысин В.Н., Лесных С.И. Производство сотовых конструкций. М.: Машиностроение, 1966. 282 е., илл.

27. Вопросы расчета элементов авиационных конструкций/ (Сборник статей), под ред. А.Я.Александрова. М.: Машиностроение, т.1, 1959, 169 с., т.2, 1959, 146 с.

28. Вольмир A.C. Устойчивость упругих систем. М.; Физматгиз, 1969,879 с.

29. Расчет трехслойных панелей. Александров А .Я., Брюккер Л.Э., Куршин Л.М. и др. М.: Оборонгиз 1960, 271 с.

30. Панин В.Ф., Гладков Ю.А. Конструкции с заполнителями. Справочник М.: Машиностроение, 1991, 171 с.

31. Саченков A.B. Теоретико-экспериментальный метод исследования устойчивости пластин и оболочек. Казань: Изд-во Казанск. Гос. Ун-та. 1970, вып. 6-7.- с. 391-433

32. Кротченко В.Е. Анализ оптимальных теплоизоляционных свойств трехслойной пластины с сотовым заполнителем. Механика композитных матеоиалов, 1993, т.29, №6 с.835-8391. J. J 7 7

33. Rebsey S., Gellatly H. And Clark В. The shear modules of foil honeycomb cores. Aircraft Engineering, 1958, v.30 № 356, p.294-302

34. Бахвалов H.C., Понасян Г.Р. Осреднение процессов периодических средах. М.: Наука, 1984, 352 с.

35. Панин В.Ф. Конструкции с сотовым заполнителем. М.: Машиностроение, 1982, 153 с.

36. Абибов А.Л. Исследования в области изготовления трехслойных конструкций с легким заполнителем. М.: Машиностроение, 1964

37. Композиционные материалы в конструкции летательных аппаратов. Перевод с англ., - М.: Машиностроение, 1975, 143 с.

38. Патент RU №2 381 955 С2 МПК В64 3/26 (2006.01), В32В 3/20 (2006.012), B21D47/00 92006.01). Панель прямолинейной формы и способ ееизготовления. Акишев Н.И., Алексеев К.А., Закиров И.М., Никитин A.B.// Бюл.№5 20.02.2010.

39. Лысов М.И. Теория и расчет процессов изготовления деталей методами гибки. М. Машиностроение, 1966. 236 с.

40. Патент №2262439, С1МПК В 2ldl3/10. Устройство для биговки листового материала. Закиров И.М., Никитин A.B., Акишев Н.И.// Бюл.№27, 2006.

41. ASTM С273 / С273М 07а Standart Test Method for Shear Properties of Sandwich Core Vaterials. - 2000.

42. Болотин B.B., Новичков Ю.Н. Механика многослойных конструкций. -М.: машиностроение, 1980. 375 с.

43. Паймушин В.Н. Нелинейная теория среднего изгиба трехслойных оболочек с дефектами в виде участков непроклея // Прикл. механика. 1987. -Т. 23,№ 11.-С. 32-38.

44. Вахитов М.Б. Интегрирующие матрицы аппарат численного решения дифференциальных уравнений строительной механики /'/' Изв. вузов. Авиац. техника. - 1996. -№ 3. - С. 50-61.

45. Даутов Р.З., Паймушин В.Н. О методе интегрирующих матриц решения краевых задач для обыкновенных уравнений четвертого порядка // Изв. вузов. Математика. 1996. - № 10. - С. 13-25.

46. Паймушин В.Н. Аналитико-вычислительно-экспериментальная методология определения критических нагрузок и частот свободных колебаний деформируемых твердых тел // Докл. АН СССР. 1993. - Т. 330, № 1.-С. 51-54.

47. Халиуллин В.И., Батраков В.В. Технологические схемы формообразования зигзагообразного гофра // Изв. вузов. Авиационная техника. 2005, № 2. С. 68-73.

48. Катаев Ю.П. Теоретическое определение параметров процесса дробеударной обработки // Изв. вузов. Авиационная техника. 2012, № 2. С. 57-59.

49. Основы теории обработки металлов давлением/Под ред. М.В. Сторожева. М.: Машгиз, 1959. 539 с.

50. Каюмов P.A. и др. Определение несущей способности панелей с шевронным заполнителем // Изд. вузов. Авиационная техника. 2007, № 4. -С. 8-10.

51. Артюхин Ю.П., Саченков A.A. К расчету ортотропных пластин и оболочек // Исследования по теории пластин и оболочек. Казань: Изд-во Казан.ун-та, 1967. Вып. 5. С. 300-310.

52. Моисеев В.К. Совершенствование технологии изготовления трубчатых и полых деталей летательных аппаратов эластичным инструментом с управляемым формоизменением. Диссертация на соискание уч. степени д.т.н., Самара. СГАУ им. С.П.Королева, 2006, 272 с.

53. Берсудский В.Е., Крысин В.Н., Лесных С.И. Технология изготовления сотовых авиационных конструкций. М.: Машиностроение, 1975.-216 с.

54. Закиров И.М., Алексеев К.А., Акишев Н.И., Каюмов P.A., Никитин A.B., Закиров И.И. Изготовление трехслойных панелей со складчатым заполнителем из полимерной бумаги. Казань: Изд-во «ФЭН», 2009.- 232с.

55. Акишев Н.И., Закиров И.И., Иванов В.А., Паймушин В.Н., Шишов М.А. О приближенных аналитических решениях задач устойчивости косоугольных пластин при комбинированных видах нагружения. Известия вузов. Авиационная техника, 2011,- №2.- С.3-7.

56. Артюхин Ю.П., Саченков A.A. К расчету ортотропных пластин и оболочек. Сб. «Исследования по теории пластин и оболочек». Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 1967. №5. - С. 300-310.

57. Закиров И.М., Лысов М.И. Гибка на валках с эластичным покрытием. М.: Машиностроение. 1985, 144 с.

58. Noor А. К., Burton W.S., Bert Ch. W. Computational models for sandwich panels and shells. Applied Mechanics Reviews, 1996, V. 49, 3, p. 155199.

59. Grenestedi J.L. Effective elastic behavior of some models for "perfect" cellular solids // Int. J. Solids and Structures. 1999. No.36. - P. 1471-1501.

60. Lascoup В., Abouza Z., Khellil K., and Benzeggagh M. On the mechanical effect of stitch addition in sandwich panel // Composites Sci. and Technology. 2006. - No.66. - P. 1385-1398.

61. Li Q. M., Mines R.A.W., and Birch R.S. The crush behaviour of Rohacell-51WF structural foam // Int. J. Solids and Structures. 2000. -No.37. -P.6321-6341.

62. О4 Conner D.J. A comparison of test methods for shear properties of the cores of sandwich constructions // J. of Testing and Evaluation. 1989. - Vol.17, No.4. -P.241-256.

63. Toftegaard H. Initial fixture design for direct shear testing of sandwich core materials, Ris0 (DK). 2006. - P.337-347.

64. Toftegaard H. and Goutianos S. Composite skin elastic constants from monolithic in-plane specimens and bonded out-of-plane specimens // J. of Sandwich Structures and Materials. 2007. - No.9. - P.239-259.

65. Акишев Н.И., Закиров И.И., Иванов B.A., Паймушин В.Н., Шишов М.А. О приближенных аналитических решениях задач устойчивости косоугольных пластин при комбинированных видах нагружения // Известия Вузов. Авиационная техника. 2011. №2. Казань, 2011, с.3-7.

66. Закиров И.И. Глава 6, § 6.3. Ультразвуковая сварка материала «.Чотех»® в книге «Изготовление трехслойных панелей со складчатым заполнителем из полимерной бумаги. Коллектив авторов: Под ред. И.М. Закирова=-Казань: Изд-во «Фзн», 2000 232 с.

67. Паймушин В.Н., Иванов В.А., Закиров И.И. Структурные формулы для определения критических нагрузок косоугольной пластины // Материалы

68. XVIII Международного симпозиума «Динамические и технологические прблемы механики конструкций и сплошных сред» им. А.Г. Горшкова, Ярополец, 13-17 февраля 2012 г. том 2, Москва 2012, с. 63-64

69. Zakirov I.M., Zakirov I.I. Theory and Practice of Manufacture of Curved Profiles in Conditions for Serial Production. /«Metallurgy», Zagreb 39, 2000, №3, s.27-29.

70. Zakirov I.I. Researches on parameters of ultrasonic michaning when producing constructions from polymeric paper./ 9th International Conference «Technology 2005», Bratislava 13-14 September 2005, Slovakia, Bratislava, BTU, 2005, p.492-495.