Підхід до визначення напружено-деформованого стану стрижнів з композиційних матеріалів з урахуванням внутрішнього самоврівноваженого напруженого стану

Abstract

Предметом дослідження є методи аналізу напружено-деформованого стану композитних конструкцій. Метою є розробка механізму пояснення феномену жолоблення тонкостінних композитних профілів з неоднорідним перерізом при термічному навантаженні та синтезування моделі для визначення зусиль у елементах профілю. Задачами дослідження є прогнозування деформованого стану композитних профілів на етапі виготовлення та визначення температурних напружень, що виникають на етапі виробництва, а також після складання конструкції. Використовуваними методами є методи механіки матеріалів та конструкцій. Отримано наступні результати. Проаналізовано можливі форми деформування композитних пластин з несиметричною структурою та дано обґрунтування появи таких деформацій. Розглянуто модель силової взаємодії елементів складчастого профілю, яка може бути розповсюджена на більшість профілів, які використовуються у несучих авіаційних конструкціях. На основі аналізу механіки тонкостінних складчастих профілів пояснено механізм виникнення складного згинно-крутильного деформування довгомірних профілів, виготовлених з композиційних матеріалів з неоднорідним перерізом під дією внутрішнього самоурівноваженого напруженого стану, що викликаний зміною температури або усадкою сполучного або тим та іншим. Аналіз цього механізму дозволяє проводити проектування композитних профілів з мінімальним жолобленням та запропонувати інженерні методи компенсації небажаних просторових переміщень у разі довільного навантаження елементів профілю. Висновки. Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному. Запропоновано механізм деформування стержнів з різнорідних композиційних матеріалів при зміні температури (після витягування з оснастки або в процесі експлуатації) з урахуванням різниці у коефіцієнтах Пуасона. Синтезовано модель для визначення діючих зусиль за периметром елементів профілю та одержано відповідні формули, що є основою для побудування теорії позацентрового стискання стержня. Намічено напрямок подальших досліджень у цій галузі.

The subject of this research is methods of stress-strain state analysis of composite structures. The goal is to develop a mechanism to explain the phenomenon of warping of thin-walled composite sections with a non-uniform cross-section under thermal loading and to synthesize a model to determine the forces in the section elements. The objectives of this study are to predict the deformed states of composite sections at the manufacturing stage and to determine the temperature stresses that occur at the manufacturing stage, as well as after the assembly of the structure. The methods used are related to the mechanics of materials and structures. The following results were obtained. The possible deformation forms of composite plates with an asymmetric structure are analyzed and the rationale for the appearance of such deformations is given. A model of the force interaction of elements in a folded section is proposed. The proposed model can be extended to most sections of load-carrying aircraft structures. Based on the analysis of the mechanics of thin-walled folded sections, the mechanism of the occurrence of complex bendingtorsional deformation of long-dimensional sections made of composites with a non-uniform cross-section under the action of an internal self-equilibrium stress state caused by a change in temperature or shrinkage of the binder or both is explained. The analysis of this mechanism makes it possible to design composite sections with minimal warping and to propose engineering methods to compensate for unwanted spatial movements in the case of arbitrary loading of section elements. Conclusions. The scientific novelty of the obtained results can be summarized as follows. A mechanism for the deformation of rods made of dissimilar composite materials when the temperature changes (after extraction from the tool or during operation) is proposed considering the difference in Poisson's coefficients. A model for determining the forces acting on the perimeter of section elements was synthesized, and the corresponding formulas were obtained, which form the basis for the theory of off-center compression of rods. The direction of further research in this field is currently being planned.