Предложена методика проектирования силовых элементов поперечного сечения композитного крыла большого удлинения с учетом работы обшивки на изгиб. Разработан итерационный алгоритм, который можно использовать при синтезе и анализе рациональных конструктивно-силовых схем крыла из композиционных материалов.

Предложена методика определения остаточной несущей способности композитного крыла большого удлинения с учетом работы обшивки на изгиб. Исследовано влияние функциональных зависимостей, описывающих изменение площадей полок лонжеронов по хорде, на массу силовых элементов и остаточную несущую способность многолонжеронного крыла.

Запропоновано та реалізовано нові методики проектування силового набору багатолонжеронних крил із композиційних матеріалів, що дозволяють на попередньому етапі проектування визначити раціональний за масою розподіл матеріалу у поперечному перерізі крила. Розроблено ітераційний алгоритм, що базуться на трьох взаємозалежних, послідовно розв'язуваних задачах проектування окремих силових елементів конструкції: моделювання проектного напружено-деформованого стану, проектування полиць лонжеронів і визначення потрібних товщин обшивки і стінок лонжеронів. Запропоновано методику проектування раціонального силового набору, суть якої полягає у пошуку закону розподілу матеріалу по полицях лонжеронів, що реалізує мінімальну погонну масу крила. Наведено результати параметричних досліджень, на основі критичного аналізу яких обгрунтовано доцільність застосування багатолонжеронної конструктивно-силової схеми. Сформульовано практичні рекомендації з проектування силових елементів багатолонжеронного крила з композиційних матеріалів, які задовольняють вимогам мінімальної маси та необхідної залишкової несучої здатності конструкції.

Изложена методика проектирования балок и лонжеронов минимальной массы, способствующих условиям прочности, устойчивости и жесткости при нескольких несовместных случаях нагрузки. Рассмотрен механизм возникновения кромочных эффектов в конструктивных элементах балок из композиционных материалов. Определены зависимости для оценки дополнительных температурных и пуассоновых напряжений в полках и заплечиках. Даны практические рекомендации по выбору разных конструктивно-технологических решений балок и лонжеронов из композиционных материалов, а также изложены основы их конструирования в зоне опор и стыковых узлов.

Изложены методы проектирования панелей из композиционных материалов. Рассмотрены задачи и особенности проектирования гладких, трехслойных и подкрепленных композитных панелей. Приведены основные требования по выбору конструктивно-технологических решений трехслойных и стрингерных панелей и их соединений с элементами каркаса. Даны примеры численной реализации методик проектирования панелей с учетом комплекса физических и геометрических ограничений.

Изложена методика проектирования стержней с круговым поперечным сечением, изготавливаемых методами пултрузии и намотки. Рассмотрены особенности проектирования призматических стержней с открытым и закрытым контурами поперечного сечения. Даны практические рекомендации по выбору разных конструктивно-технологических решений законцовок стержней (ЗС) из композиционных материалов. Изучен механизм возникновения кромочных эффектов в области ЗС. Определены зависимости для оценки дополнительных температурных и пуассоновых напряжений в стенке стержня и соединительном элементе.

Предложена методика определения физико-механических характеристик композитов методом конечных элементов. Описаны предположения и гипотезы, принимаемые при моделировании элементарной ячейки композита. Рассмотрен пример численного эксперимента по определению эффективных упругих и прочностных свойств элементарной ячейки композита на основании углеткани полотняного плетения. Приведен сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований деформативных свойств тканого композита. Даны практические рекомендации по выбору граничных условий при моделировании физико-механических характеристик композитов методом конечных элементов.

Изложены результаты первого этапа комплекса исследований, завершенных в 2009 году в Национальном аэрокосмическом университете им. Н. Е. Жуковского "ХАИ", связанных с научным обеспечением проектирования и производства конструкций авиакосмической техники из полимерных композиционных материалов. Проанализированы существующие методы оптимизации по массе параметров трехслойных оболочечных систем с сотовым заполнителем. Разработана модифицированная методика определения напряженно-деформированного состояния многолонжеронного композитного крыла. Проведены исследования временного режима термообработки сотоблоков и явления массопереноса состава пропитки в каналах сотов в аэродинамической печи.

Изложены результаты второго этапа комплекса исследований, завершенных в 2010 году в Национальном аэрокосмическом университете им. Н. Е. Жуковского "ХАИ", связанных с научным обеспечением проектирования и производства конструкций авиакосмической техники из полимерных композиционных материалов. Предложена концепция оптимизации по массе параметров многоотсековых трехслойных композитных оболочек. Разработаны методики определения напряженно-деформированного состояния локальных зон многолонжеронных крыльев. На основе экспериментальных данных разработана математическая модель массопереноса связующего внутри каналов сотов.

Предложена методика оценки расчетных значений упругих характеристик пространственно-армированных композитов методом конечных элементов. Приведены результаты численного эксперимента по определению эффективных упругих модулей и коэффициентов Пуассона элементарной ячейки композита. Дана сравнительная оценка результатов теоретических и экспериментальных исследований деформационных свойств композита с пространственным армированием.

Рассмотрены основные подходы, применяемые для проектирования крыльев малого удлинения заданной конструктивно-силовой схемы. На базе дифференциального подхода предложена методика предэскизного проектирования конструктивных элементов лонжеронного крыла из композиционных материалов. Разработаны численные алгоритмы определения толщины панелей обшивки, полок и стенок лонжерона при ограничениях по прочности, устойчивости и прогибу, а также с учетом конструктивно-технологических ограничений.

Рассмотрена методика расчета напряженно-деформированного состояния в оболочках из композиционных материалов вблизи закрепленных краев. Приведены зависимости для определения радиальных перемещений и величины дополнительных изгибных, окружных и межслойных касательных напряжений, возникающих в стенке композитной оболочки в зоне краевого эффекта. Рассмотрены типовые законцовки композитных оболочек для смягчения влияния краевого эффекта и проведены численные исследования для количественной оценки эффективности предлагаемых конструктивно-технологических решений.

Сформулированы и описаны основные проблемы технологии формирования высоконагруженных соединений и стыковых узлов конструкций летательных аппаратов из композиционных материалов. На примере металлокомпозитного гетерогенного соединения с трансверсальными крепежными микроэлементами проанализированы основные направления повышения эффективности композитных силовых конструкций путем обеспечения минимального прироста массы, технологической надежности и серийной пригодности соединений и стыковых узлов в условиях ограниченного пространства в зоне перехода от композита к металлическому фитингу.

Предложена методика рационального проектирования силовых элементов поперечного сечения многолонжеронного крыла. Разработанный алгоритм может использоваться при выборе рациональных конструктивно-силовых схем композитных крыльев большого удлинения. Приведены результаты численных исследований.

Предложен метод стыковки панелированных элементов композитных конструкций на основе соединительного элемента, изготавливаемого методом плоской намотки на станках с численным программным управлением. Разработана аналитическая методика расчета несущей способности клеевого (адгезионного) соединения на основе одномерных моделей (классическая модель и модель Фолькерсена). Проведены параметрические исследования по определению касательных напряжений в клее и дана сравнительная оценка полученных результатов с результатами расчета методом конечных элементов.

Предложена методика определения объемного содержания волокон, а также угла их отклонения от направления намотки в нерегулярной зоне соединительного элемента. Предложены рекомендации по определению длины армирующего материала, потребного для намотки соединительного элемента, а также суммарного количества витков, наматываемых одним нитеукладчиком. Для улучшения наглядности пересечения волокон в нерегулярной зоне построена трехмерная модель в программе твердотельного моделирования.

Приведен обзор состояния проблемы расчета адгезионных соединений деталей с постоянными или изменяющимися жесткостными параметрами при термомеханическом нагружении. Получены общие расчетные зависимости для определения напряженно-деформированного состояния в адгезионном соединении композитных деталей со ступенчатым изменением толщины. Рассмотрены частные случаи задачи расчета клеевых соединений при переменной толщине деталей, а также при наличии дефектов в виде непроклея, результаты которых могут использоваться в качестве ограничений при проектировании клеевых соединений.

Рассмотрен метод физической дискретизации в применении к расчету адгезионных соединений в одномерной постановке. Предложен метод разбиения соединительного слоя на ряд дискретных крепежных элементов с неодинаковым шагом, что позволило учесть неравномерность распределения касательных напряжений по длине оединения и повысить точность численного решения. Проведено параметрическое сравнение рассмотренной модели с аналитической моделью соединения "внахлестку", а также с двумерной моделью, построенной с помощью МКЭ. Проанализировано влияние выбора модели соединительного слоя на сходимость решений.

Рассмотрены вопросы проектирования структуры композита. Дана информация об оптимизации параметров оболочек вращения из композитов, изготовляемых намоткой. Приведены общие сведенья о балках и их напряженно-деформированном состоянии. Уделено внимание системе ограничений на проектные параметры балки. Охарактеризовано применение панелей и пластин в технике. Обоснованы особенности расчета на прочность стыков отсеков агрегатов летальных аппаратов.

Предложена методика инженерного расчета ступенчатых соединений, построенная на базе линейной одномерной модели. Использованы декомпозиция соединения на участки с постоянной толщиной и предположение о линейном характере распределения внутренних усилий по длине соединения. Получены приближенные замкнутые решения, позволяющие с большой степенью точности оценить максимальные касательные напряжения в клеевой прослойке в зависимости от свойств соединяемых деталей и количества ступенек, что существенно облегчает процесс проектирования соединений рассматриваемого класса.