Численный анализ воздействия града на панель из углепластика

Abstract

Полимерные композитные материалы (ПКМ) отличаются высокой удельной прочностью и жёсткостью, а также стойкостью к циклическим нагрузкам. Однако, чувствительность к ударным воздействиям из плоскости, а также большое количество форм разрушения являются одним из наиболее существенных недостатков, препятствующих распространению их использования в основных силовых элементах современной авиационной техники. Работы по подтверждению соответствия материалов данного типа сертификационным требованиям не могут быть ограничены только натурными испытаниями из-за наличия бесконечного количества комбинаций структур материала. Весьма актуальной является разработка методики конечно-элементного моделирования ПКМ для расчёта ударных повреждений от различных ударных воздействий. В данной работе рассмотрено влияние числа ледяных градин сферической формы, воздействующих на цилиндрическую шарнирно-опёртую панель из ПКМ, на повреждения монослоёв панели. Град смоделирован с помощью метода гидродинамики сглаженных частиц (SPH). Конечно-элементное моделирование панели проведено послойно объёмными элементами в программном комплексе LS-Dyna (Ansys Inc.). Особенностью модели материала монослоёв панели является линейная зависимость жёсткости элемента от его деформации. Модель материала межслоевого соединения имеет билинейную зависимость силы сцепления от расслоения. Получены зависимости кинетической энергии и контактной силы града с панелью от времени для случаев воздействия на панель одной, двух и трёх градин, а также зависимости перемещений точек контакта от времени. Повреждения в панели оценивались по коэффициентам деградации материала монослоёв. Для всех рассмотренных случаев ударного воздействия в графической форме показан процесс взаимодействия панели из ПКМ и града.