CC BY
12«ШУШМИМ-ЛШИПШУ» #Ш©3)), 2021 / TECHNICAL SCIENCE
19
обеспечения микроклимата при использовании тепловых насосов в качестве местных агрегатов, объединенных в единый водяной контур // Инженерно-строительный журнал. - 2011. - № 1. - С. 37-45.
2. Корниенко С.В. Оценка влияния краевых зон ограждающих конструкций на теплозащиту и энергоэффективность зданий // Инженерно-строительный журнал. - 2011. - № 8. - С. 5-12.
3. Об утверждении требований к региональным и муниципальным программам в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности и о признании утратившими силу некоторых актов Правительства Российской Федерации и
УДК 629.7.023.42
отдельных положений некоторых актов Правительства Российской Федерации [Электронный ресурс]: Постановление Правительства РФ от 11.02.2021 N 161. Доступ из справ.-правовой системы «Ко нсультантПлюс».
4. Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации [Электронный ресурс]: Федеральный закон от 23.11.2009 N 261-ФЗ (последняя редакция). Доступ из справ. -правовой системы «Ко нсультантПлюс».
Маркин Олег Владимирович,
Ведущий инженер-конструктор АО «ОНПП «Технология» им. А.Г.Ромашина», г.Обнинск Кравченко Евгений Анатольевич, Начальник бригады конструкторского отдела АО «ОНПП «Технология» им. А.Г.Ромашина», г.Обнинск
Буш Александр Валерьевич, Начальник конструкторского отдела АО «ОНПП «Технология» им. А.Г.Ромашина», г.Обнинск Научный руководитель: Свиридов Анатолий Григорьевич,
Директор НПК "Композит" АО «ОНПП «Технология» им. А.Г.Ромашина», г.Обнинск DOI: 10.24412/2520-6990-2021-16103-19-22 АНАЛИЗ ПРИЧИН ИЗБЫТОЧНЫХ КОРОБЛЕНИЙ НЕРВЮРЫ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО
МАТЕРИАЛА
Markin Oleg Vladimirovich, Kravchenko Evgeny Anatolyevich, Bush Alexander Valeryevich, Scientific adviser: Sviridov Anatoly Grigoryevich
ANALYSIS OF THE CAUSES OF EXCESSIVE WARPING OF THE RIB MADE OF COMPOSITE
MATERIAL
Аннотация.
При изготовлении образца нервюры из полимерного композиционного материала (ПКМ) была выявлена проблема, которая заключается в избыточном короблении изделия. Т.е. после завершения формования образца и остывания его до комнатной температуры можно было видеть большие деформации изделия, абсолютные значения которых достигали 1 мм и которые не совместимы с использованием изделия по назначению. Причем выраженные деформации имели изгибные формы. Авторами данной работы при помощи численных методов, реализованных в ПО MSC/Natran, был проведен анализ причин избыточных короблений нервюры и разработаны рекомендации к технологии изготовления для обеспечения допустимых деформаций при воздействии температурных нагрузок. Допустимые деформации, для данного изделия, составляют 8=0,5мм
Abstract.
When making a rib sample from a polymer composite material (PCM), a problem was identified, which consists in excessive warping of the product. I.e., after the sample was formed and cooled to room temperature, it was possible to see large deformations of the product, the absolute values of which reached 1 mm and which are not compatible with the use of the product for its intended purpose. Moreover, the pronounced deformations had bending forms. The authors of this work, using numerical methods implemented in the MSC/Natran software, analyzed the causes of excessive rib warping and developed recommendations for manufacturing technology to ensure minimal deformations under the influence of temperature loads.
Ключевые слова: коробление, нервюра, формование, схема армирования, Nastran.
Keywords: warping, rib, molding, reinforcement scheme, Nastran.
TECHNICAL SCIENCE / «ШУУШУУМ-ЛШШаИ» #16И©3), 2021
20_
Рассматривается конструкция нервюры с целью расчета ее деформированного состояния (ДС) при равномерном нагреве на ДT=1500C.
Для определения ДС использован метод конечных элементов в средеМ8С/Ыа&1гап [1].
Нервюра состоит из композиционного материала на основе углеродного волокна HexPly. Расчетные характеристики волокна HexPly представлены в Таблице 1.
Для моделирования всех элементов нервюр выбран элемент CQUAD4 -элемент многослойной пластины, учитывающий все внутренние силовые факторы: мембранные, сдвиговые, поперечные и изгибные (рис.1) [2].
Рис.1. Конечно-элементная (ЕЕ) модель пластины из КМ.
Таблица 1
Расчетные характеристики однонаправленного материала НехР1у_
Характеристика Значение
Модуль упругости вдоль волокон Е1, ГПа 65
Модуль упругости поперек волокон Е2, ГПа 65
Модуль сдвига вп, ГПа 4
Коэффициент Пуассона 0,26
ТКЛР вдоль волокон а1, 1/°С* (0-3)х10-6
ТКЛР поперек волокон а2, 1/°С* (0-3)х10-6
А
Рис.2. Внутренняя система координат элементов CQUAD4 нервюры.
Теоретическая схема армирования элементов рис.2): 45°/90/0%450/0%450/00/90°/450 (схема арми-нервюры (ориентация слоев относительно внутрен- рования №1). ней системы координат элемента указанной на
У
«ШУУШШШУМ-ЛШТМак» 2©21 / TECHNICAL SCIENCE
21
Как видно из таблицы 1, значения ТКЛР для направлений вдоль и поперек волокна не имеют точных значений, а определены как диапазон значений (0-3)х10"6. Соответственно, не исключен случай, когда волокно HexPly имеет практически одинаковые значения а1 и а2. Так же не исключен случай, когда а1 и а2 имеют выраженно разные значения. В связи с этим, рассматривались две задачи. Первая задача - анализ ДС нервюры, в котором моноволокно имеет одинаковые значения ТКЛР вдоль и поперек волокна и являются усредненными значениями экспериментально установленного интервала, т.е. а1=а2=1,5Х10-6. Вторая
задача - анализ ДС нервюры, в котором моноволокно имеет выраженно различные значения ТКЛР (которые возможны в экспериментально установленном интервале) вдоль волокна от ТКЛР поперек волокна, т.е. а1=0,5 Х10-6 и а2=3 Х10-6.
Для решения первой (а1=а2) и второй (а^а2) задач проведен линейный статический анализ конструкции [1] нервюры с теоретической схемой армирования при ее нагреве на ^=150^. Деформированное состояние нервюры при решении первой задачи представлено на рис. 3, при решении второй задачи ДС нервюры представлено на рис.4.
Рис.3. Деформированное состояние и распределение суммарных перемещений (мм) по элементам
нервюры при решении первой задачи.
Рис.4. Деформированное состояние и распределение суммарных перемещений (мм) по элементам
нервюры при решении второй задачи.
Как видно из рис. 3,4, изгибные формы деформаций при вышеописанных случаях отсутствуют. Форма деформации нервюры представляет собой растяжение с допустимым значением максимального перемещения 5 ~0,129 мм, тогда как на практике нервюры после формования имели изгибные формы деформаций со значениями деформации около 1 мм. Важно отметить, что нервюры после формования имели различные изгибные формы (как правило отличающиеся друг от друга) т.е. одна
нервюра, например, могла иметь выраженный прогиб в одном направлении, другая в другом направлении и т.п. Эти факты заставили более подробно изучить технологию изготовления нервюр, в результате чего было выяснено, что точность установки угла армирования при выкладке материала составляет ±20.
Учитывая, что точность установки угла укладки монослоя составляет ±20, рассмотрена следующая несимметричная схема армирования
22
TECHNICAL SCIENCE / «ШУУШШУМ-ЛШШаИ» #16И©3), 2021
нервюры: 470/92/20/-430/20/-470/-20/880/430 (схема армирования №2). Так же для этой схемы рассматривались значения ТКЛР соответствующие целям
первой задачи (а1=а2) и второй задачи (а^а2). Деформированное состояние нервюры со схемой армирования №2 и значениях а1=а2 = 1,5Е-6 представлено на рис.5.
Рис.5 Деформированное состояние и распределение суммарных перемещений (мм) по элементам
нервюры (схема армирования №2, аг=а2).
Деформированное состояние нервюры со схемой армирования №2 и значениях а^а2 представлено на
рис.6.
Рис.6 Деформированное состояние и распределение суммарных перемещений (мм) по элементам
нервюры (схема армирования №2, агфа2).
Как видно из рис.6, при несимметричной схеме укладки монослоя НехР1у и при условии а1^а2, деформированное состояние нервюры имеет выраженные изгибные формы со значениями деформаций 5 ~1 мм, что соответствует экспериментально полученным данным в результате натурного формования образца. Так же был проведен анализ ДС нервюры с несимметричной схемой армирования материала, но отличающейся от схемы армирования №2, который так же показал выраженные изги-бные формы нервюры, но отличающиеся по своей форме от деформаций нервюры со схемой армирования №2. Этот результат коррелируется с натурным экспериментом, когда от изделия к изделию форма деформаций может быть разной, но так же избыточной по своему значению (т.е. 5~1 мм). Соответственно, были сделаны выводы о том, что причиной избыточных короблений нервюры является несимметричность схемы армирования нервюры,
вызванная технологически допустимым отклонением угла укладки монослоя в диапазоне ±20. Причем необходимым условием появления изгибных форм является неравенство ai^a2.
Для исключения избыточных короблений нервюры было предложено уменьшить допуск на точность установки угла армирования монослоя с 20 до 10, т.к. дальнейшие расчеты показали, что отклонение угла армирования ±1 0 приводит к изгиб-ным деформациям со значениями не более 0,5 мм, что является максимально допустимым для этого изделия.
Список литературы:
1. Рычков С.П. MSC.visualNASTRAN для Windows / Рычков С.П. - М.: НТ Пресс, 2004. - 552с.
2. Шимкович Д.Г. Расчет конструкций в MSC/NASTRAN for Windows. - M.: ДМК, 2001. -446с.
