Effect of technological camber in the facets of a cellular filler on its physical and mechanical characteristics

Andrii Kondratiev; Tatiyna Nabokina

doi:10.15587/1729-4061.2019.179258

Автор(и)

Andrii Kondratiev Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «ХАІ» вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070, Україна https://orcid.org/0000-0002-8101-1961
Tatiyna Nabokina Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «ХАІ» вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070, Україна https://orcid.org/0000-0003-0019-5066

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.179258

Ключові слова:

сендвічеві конструкції, стільниковий заповнювач, фізико-механічні характеристики, технологічний погин граней стільників

Анотація

З можливого різноманіття технологічних дефектів стільникового заповнювача, що впливають на його фізико-механічні характеристики, одним з найбільш істотних постулюється початковий технологічний погин граней його чарунки. Стаття присвячена дослідженню впливу технологічного погину граней стільникового заповнювача на його фізико-механічні характеристики, що забезпечує стабілізацію його якості і, відповідно, експлуатаційних характеристик конструкцій на його основі. На відміну від існуючих робіт, було розглянуто дискретно-елементну модель стільників. Стільниковий заповнювач був представлений у вигляді конструкції, що складається з різних елементів: граней одинарної фольги, граней з двох склеєних шарів фольги та фіктивних ребер – кутових стикових зон двох сусідніх граней. Досліджено процес послідовної втрати несучої здатності елементами чарунки стільникового заповнювача при поперечному стисненні та поздовжньому зсуві. Такий аналіз поведінки окремих елементів чарунки стільників при наявності в них початкового технологічного погину дозволив врахувати особливості роботи кожного з них шляхом побудови відповідної типу навантаження діаграми деформування заповнювача. На підставі цього розроблено підхід, що дозволяє прогнозувати характер роботи стільникового заповнювача з урахуванням особливостей сприйняття навантаження окремими елементами чарунки стільників при наявності в них початкового технологічного погину. Дано рекомендації до використання отриманих результатів в рамках запропонованих в ряді робіт підходів до оптимізації за масою проектних параметрів стільникових конструкцій. Рекомендації дозволяють синтезувати модуль перевірочного блоку оптимізації, в якому дається висновок про несучу здатність оптимального за масою варіанту сендвічевой конструкції зі стільниковим заповнювачем з урахуванням наявності в його гранях початкового технологічного погину в межах регламентованого допуску. Такий синтез на сучасному рівні технології виробництва стільникового заповнювача дозволить в результаті реалізувати практично вичерпні можливості цього типу заповнювача і конструкцій на його основі

Біографії авторів

Andrii Kondratiev, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «ХАІ» вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070

Доктор технічних наук, доцент, завідувач кафедри

Кафедра конструкцій і проектування ракетної техніки

Доктор технічних наук, доцент, завідувач кафедри

Кафедра конструкцій і проектування ракетної техніки

Tatiyna Nabokina, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «ХАІ» вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра конструкцій і проектування ракетної техніки

Посилання

Nunes, J. P., Silva, J. F. (2016). Sandwiched composites in aerospace engineering. Advanced Composite Materials for Aerospace Engineering, 129–174. doi: https://doi.org/10.1016/b978-0-08-100037-3.00005-5
Fomin, O., Gerlici, J., Lovskaya, A., Kravchenko, K., Prokopenko, P., Fomina, A., Hauser, V. (2018). Research of the strength of the bearing structure of the flat wagon body from round pipes during transportation on the railway ferry. MATEC Web of Conferences, 235, 00003. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201823500003
Panin, V. F., Gladkov, Yu. A. (1991). Konstruktsii s zapolnitelem. Moscow: Mashinostroenie, 272.
Herrmann, A. S.; Virson, J. R. (Ed.) (1999). Design and Manufacture of Monolithic Sandwich Structures with Cellular Cares. Stockholm, 274.
Dutton, S., Kelly, D., Baker, A. (2004). Composite Materials for Aircraft Structures. American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc., Reston. Virginia, 599. doi: https://doi.org/10.2514/4.861680
Slyvynskyi, V. I., Sanin, А. F., Kharchenko, М. Е., Kondratyev, А. V. (2014). Thermally and dimensionally stable structures of carbon-carbon laminated composites for space applications. Proceedings of the International Astronautical Congress, IAC 65. Toronto, Canada, 8, 5739–5751.
Gaidachuk, V. E., Kondratiev, A. V., Chesnokov, A. V. (2017). Changes in the Thermal and Dimensional Stability of the Structure of a Polymer Composite After Carbonization. Mechanics of Composite Materials, 52 (6), 799–806. doi: https://doi.org/10.1007/s11029-017-9631-6
Kondratiev, A., Gaidachuk, V. (2019). Weight-based optimization of sandwich shelled composite structures with a honeycomb filler. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (1 (97)), 24–33. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.154928
Fomin, O., Gerlici, J., Lovska, A., Kravchenko, K., Prokopenko, P., Fomina, A., Hauser, V. (2019). Durability Determination of the Bearing Structure of an Open Freight Wagon Body Made of Round Pipes during its Transportation on the Railway Ferry. Communications-Scientific letters of the University of Zilina, 21 (1), 28–34.
Ivanov, A. A., Kashin, S. M., Semenov, V. I. (2000). Novoe pokolenie sotovyh zapolniteley dlya aviatsionno-kosmicheskoy tehniki. Moscow: Energoatomizdat, 436.
Slyvyns’kyy, V., Slyvyns’kyy, M., Polyakov, N. et. al. (2008). Scientific fundamentals of efficient adhesive joint in honeycomb structures for aerospace applications. 59th International Astronautical Congress 2008.
Slyvyns’kyy, V., Gajdachuk, V., Kirichenko, V., Kondratiev, A. (2012). Basic parameters’ optimization concept for composite nose fairings of launchers. 62nd International Astronautical Congress, 9, 5701–5710.
Kondratiev, A., Slivinsky, M. (2018). Method for determining the thickness of a binder layer at its non-uniform mass transfer inside the channel of a honeycomb filler made from polymeric paper. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (5 (96)), 42–48. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.150387
Sypeck, D. J. (2005). Wrought aluminum truss core sandwich structures. Metallurgical and Materials Transactions B, 36 (1), 125–131. doi: https://doi.org/10.1007/s11663-005-0012-5
Slyvynskyi, V. I., Аlyamovskyi, А. I., Kondratjev, А. V., Kharchenko, М. Е. (2012). Carbon honeycomb plastic as light-weight and durable structural material. 63th International Astronautical Congress, 8, 6519–6529.
Gaydachuk, A. V., Slivinsky, M. V., Golovanevsky, V. A. (2006). Technological Defects Classification System for Sandwiched Honeycomb Composite Materials Structures. Materials Forum, 30, 96–102.
Barabash, A. V., Gavril’chenko, E. Y., Gribkov, E. P., Markov, O. E. (2014). Straightening of sheet with correction of waviness. Steel in Translation, 44 (12), 916–920. doi: https://doi.org/10.3103/s096709121412002x
Kondratiev, A., Gaidachuk, V., Nabokina, T., Kovalenko, V. (2019). Determination of the influence of deflections in the thickness of a composite material on its physical and mechanical properties with a local damage to its wholeness. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (1 (100)), 6–13. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.174025
Wang, D., Bai, Z. (2015). Mechanical property of paper honeycomb structure under dynamic compression. Materials & Design, 77, 59–64. doi: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.03.037
Gritskiv, L. N. (2005). Ob opredelenii kriticheskih napryazheniy poteri ustoychivosti sotovogo zapolnitelya. Voprosy proektirovaniya i proizvodstva konstruktsiy letatel'nyh apparatov, 3 (42), 76–81.
Birger, I. A., Panovko, Ya. G. (Eds.) (1968). Prochnost', ustoychivost', kolebaniya. Vol. 2. Moscow: Mashinostroenie, 463.
Gaydachuk, V., Koloskova, G. (2016). Mathematical modeling of strength of honeycomb panel for packing and packaging with regard to deviations in the filler parameters. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (1 (84)), 37–43. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.85853
Kondratiev, A., Prontsevych, O. (2018). Stabilization of physical-mechanical characteristics of honeycomb filler based on the adjustment of technological techniques for its fabrication. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (1 (95)), 71–77. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.143674
Slivinsky, M., Slivinsky, V., Gajdachuk, V. et. al. (2004). New Possibilities of Creating Efficient Honeycomb Structures for Rockets and Spacrafts. 55th International Astronautical Congress of the International Astronautical Federation, the International Academy of Astronautics, and the International Institute of Space Law. doi: https://doi.org/10.2514/6.iac-04-i.3.a.10
Slyvyns’kyy, V., Gajdachuk, V., Gajdachuk, А., Slyvyns’ka, N. (2005). Weight optimization of honeycomb structures for space applications. 56th International Astronautical Congress of the International Astronautical Federation, the International Academy of Astronautics, and the International Institute of Space Law. doi: https://doi.org/10.2514/6.iac-05-c2.3.07
Slyvyns’kyy, V., Gajdachuk, A., Melnikov, S. M. et. al. (2007). Technological possibilities for increasing quality of honeycomb cores used in aerospace engineering. 58th International Astronautical Congress 2007 Hyderabad.
Kondrat'ev, A. V., Gritskiv, L. N. (2007). Opredelenie modulya normal'noy uprugosti sotovogo zapolnitelya pri poperechnom szhatii s uchetom nachal'nogo tehnologicheskogo nesovershenstva fol'gi. Voprosy proektirovaniya i proizvodstva konstruktsiy letatel'nyh apparatov, 51 (4), 131–139.
Gaydachuk, V. E., Kondrat'ev, A. V., Kirichenko, V. V., Slivinskiy, V. I. (2011). Optimal'noe proektirovanie kompozitnyh sotovyh konstruktsiy aviakosmicheskoy tehniki. Kharkiv: Nats. aehrokosm. un-t «Khark. aviats. in-t», 172.
Mackerle, J. (2002). Finite element analyses of sandwich structures: a bibliography (1980–2001). Engineering Computations, 19 (2), 206–245. doi: https://doi.org/10.1108/02644400210419067
Fomin, O., Logvinenko, O., Burlutsky, O., Rybin, A. (2018). Scientific Substantiation of Thermal Leveling for Deformations in the Car Structure. International Journal of Engineering & Technology, 7 (4.3), 125–129. doi: https://doi.org/10.14419/ijet.v7i4.3.19721
Frulloni, E., Kenny, J. M., Conti, P., Torre, L. (2007). Experimental study and finite element analysis of the elastic instability of composite lattice structures for aeronautic applications. Composite Structures, 78 (4), 519–528. doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2005.11.013
Slyvyns’kyy V., Slyvyns’kyy M. et. al. (2006). New concept for weight optimization of launcher nose firings made of honeycomb structures. 57th International Astronautical Congress. doi: https://doi.org/10.2514/6.iac-06-c2.p.1.11
Kirichenko, V. V., Mel'nikov, S. M. (2006). Faktory, opredelyayushchie tehnologicheskuyu pogib' graney yacheek sotovogo zapolnitelya iz metallicheskoy fol'gi i vozmozhnosti ee normirovaniya. Voprosy proektirovaniya i proizvodstva konstruktsiy letatel'nyh apparatov, 2, 62–70.
Timoshenko, S. P. (1971). Ustoychivost' cterzhney, plastin i obolochek. Moscow: Nauka, 807.
Donnell, L. H. (1976). Beams Plates and Shells. McGraw-Hill, 453.
Beer, F. P. (2009). Mechanics of materials. McGraw-Hill Higher Education, 782.
Slivinskiy, V. I. (1996). Eksperimental'noe issledovanie fiziko-mehanicheskih harakteristik sotov. Voprosy proektirovaniya i proizvodstva konstruktsiy letatel'nyh apparatov, 30–43.