Mathematical model of multi-level structure of three-layer sandwich material with
honeycomb core based on woven composite are developed. This model allows
calculating the effective elastic and the strength characteristics of the material. Model
is based on the use of asymptotic homogenization method of hierarchical periodic
structures. Samples of numerical finite element computations of honeycomb structures
are presented. The manufacture technology of sandwich honeycomb composite
material based on glass-fiber clothes, modified vinil-aether binder and glass-fiber-
reinforced honeycomb is developed using infusion method. The detailed computer
simulation of stress-strain state for panel made of three-layer honeycomb material at
four-point bending was performed. It allowed revealing destruction features of such
type of constructions due to local shear stresses within working area of power load.
Keywords
:
sandwich honeycomb composite material, asymptotic homogenization
method, multi-level structure, computer modeling, finite element method, physical
and mechanical properties, four-point bending, infusion technology.
Введение.
Трехслойные (сэндвичевы) конструкции [1, 2], состо-
ящие из внешних силовых обшивок и облегченного заполнителя, в
качестве которого используются сотовые элементы, пенопласты, под-
крепляющие элементы различной геометрической формы широко при-
меняются в различных областях техники (в авиации, судостроении, ма-
шиностроении и др.). Как правило, при проектировании трехслойных
конструкций требуется подобрать такое соотношение толщин обшивок
и заполнителя, которое обеспечило бы заданные значения изгибной
жесткости при минимальной плотности материала и выполнение тре-
бований по отсутствию разрушений в конструкции при комплексном
воздействии изгибных напряжений и напряжений сдвига. В настоящее
время расчет напряженно-деформированного состояния трехслойных
сотовых конструкций осуществляется на основе теории изгиба трех-
слойных пластин [3, 4], а расчет жесткостей и прочности — на основе
приближенных аналитических методов, реализованных на несколь-
ких допущениях относительно характера распределения напряжений
и деформаций в обшивке и заполнителе. Указанные подходы не могут
обеспечить требуемой точности результатов расчетов, особенно проч-
ности на межслойные сдвиг и изгиб. Цель настоящей работы — разра-
ботка методики расчета упруго-прочностных характеристик трехслой-
ных сотовых конструкций (ТСК), проектирование с ее помощью ТСК
на основе стеклопластиковых обшивок и стеклосотопласта, а также
разработка технологии изготовления ТСК с учетом рекомендаций по
результатам моделирования конструкции.
Модель многоуровневой структуры ТСК.
Трехслойная сото-
вая конструкция на основе стеклосотопласта имеет ярко выраженную
трехуровневую структуру (рис. 1). Первый уровень представляет мно-
гослойный материал, состоящий из слоев внешней и внутренней об-
шивок, а также сотового заполнителя. Второй структурный уровень
образован ячейками периодичности (ЯП) сотового заполнителя ЯП2а,
а также ячейками периодичности тканевых обшивок ЯП2b, третий
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2014. № 5
67
