ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 539.3 3

Технічна механіка, 2023, 3, 88 - 97

СТАТИЧНА СТІЙКІСТЬ ТРИШАРОВИХ ПАНЕЛЕЙ ІЗ СТІЛЬНИКОВИМИ ЗАПОВНЮВАЧАМИ, ВИГОТОВЛЕНИМИ АДИТИВНИМИ ТЕХНОЛОГІЯМИ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2023.03.088

Чернобривко М. В., Аврамов К. В., Успенський Б. В., Маршуба I. С.

Чернобривко М. В.
Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України,
Україна

Аврамов К. В.
Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України,
Україна

Успенський Б. В.
Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України,
Україна

Маршуба I. С.
Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України,
Україна

      В роботі подано підходи та результати скінченно-елементного аналізу втрати статичної стійкості тришарових циліндричних панелей. Середній шар панелей є стільниковим заповнювачем, що надрукований на 3D принтері із полілактиду за допомогою технології «Моделювання плавленого осадження» (FDM). Два тонкі лицьові шари виготовлені з вуглепластику. Такі конструкції є перспективними для використання в якості корпусних елементів ракет і безпілотних літальних апаратів. Для них важливим питанням є визначення стійкості при поздовжньому та радіальному навантаженнях. Досліджується глобальна втрата стійкості циліндричної панелі під дією поздовжніх навантажень і локальна втрата стійкості стільників, як пластинчастих конструкцій, під дією радіальних навантажень. Досліджено геометрично нелінійне деформування циліндричної панелі під дією комбінації поздовжніх та радіальних навантажень. Розглядаються сім тришарових циліндричних панелей з відношенням радіусу до товщини в діапазоні 5 ? R/h ? 50 та тришарова пластина. Досліджується вплив радіусу кривизни на характеристики локальної та глобальної втрати статичної стійкості конструкції.
      Задача розв’язується методом скінченних елементів. Скінченно-елементне моделювання проводиться у програмній системі ANSYS. Досліджувалась збіжність скінченно-елементної моделі. Для цього розглядався деформований стан під впливом поздовжнього навантаження. Обрано параметри скінченно-елементної сітки, що забезпечують збіжність результатів. Для дослідження глобальної втрати стійкості під впливом поздовжніх навантажень побудовано дві скінченно-елементні моделі – «точна» і «наближена». «Точна» модель включає стільниковий заповнювач, представлений своєю геометрією. У «наближеній» моделі тришарової панелі стільниковий заповнювач замінюється еквівалентним гомогенізованим шаром.
      Визначено, що форми глобальної втрати стійкості досліджених циліндричних панелей і пластини під дією поздовжніх навантажень є майже однаковими. Показано, що критичні навантаження, які отримані за «точною» та «наближеною» моделями, є близькими. Отримано, що при деформуванні циліндричної панелі під дією комбінації поздовжніх та радіальних докритичних навантажень результати розрахунків за «точною» та «наближеною» моделями є близькими. Тому для поздовжньої втрати стійкості можна використовувати гомогенізовану модель, яка значно простіша у розрахунковій роботі.
     

багатошарова циліндрична панель, стільниковий заповнювач, адитивні технології, метод скінченних елементів (МСЕ), втрата стійкості

1. Lan X.-k., Huang Q., Zhou T., Feng S.-s. Optimal design of a novel cylindrical sandwich panel with double arrow auxetic core under air blast loading. Def. Technol. 2020. Vol. 16. P. 617–626. https://doi.org/10.1016/j.dt.2019.09.010

2. Martynenko G., Avramov K., Martynenko V., Chernobryvko M., Tonkonozhenko A., Kozharin V. Numerical simulation of warhead transportation. Def. Technol. 2021. Vol. 17(2). P. 478–494. https://doi.org/10.1016/j.dt.2020.03.005

3. Farshad M. Design and analysis of shell structures. Solid Mech. Appl. 1992. Vol. 16. 424 p. https://doi.org/10.1007/978-94-017-1227-9

4. Ciccarelli D., Forcellese A., Greco L., Mancia T., Pieralisi M., Simoncini M., Vit A. Buckling behavior of 3D printed composite isogrid structures. Procedia CIRP. 2021. Vol. 99. P. 375–380. https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0

5. Franzoni F., Gliszczynski A., Baciu T., Arbelo M. A., Degenhardt R. Enhanced vibration correlation technique to predict the buckling load of unstiffened composite cylindrical shells. J. Sound Vib. 2022. Vol. 539(2). 117280. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2022.117280

6. Franzoni F., Odermann F., Wilckens D., Skuk E.? Kalnin K.? Arbelo M.A., Degenhardt R. Assessing the axial buckling load of a pressurized orthotropic cylindrical shell through vibration correlation technique. Thin-Walled Struct. 2019. Vol. 137. P. 353–366. https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.01.009

7. Franzoni F., Degenhardt R., Albus J., Arbelo M. A. Vibration correlation technique for predicting the buckling load of imperfection-sensitive isotropic cylindrical shells: an analytical and numerical verification. Thin-Walled Struct. 2019. Vol. 140. P. 236–247. https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.03.041

8. Salloomi K. N., Sabri L. A., Hamad Y. M., Al-Sumaidae S. Nonlinear Buckling Analysis of Steel Cylindrical Shell with Elliptical Cut-out Subjected to Longitudinal Compressive Load. Int. J. Automot. Mech. Vol. 16 (2). P. 6723–6737. https://doi.org/ 10.15282/ijame.16.2.2019.19.0506

9. Taheri-Behrooz F., Omidi M., Shokrieh M. M. Experimental and numerical investigation of buckling behaviour of composite cylinders with cutout. Thin-Walled Struct. 2017. Vol. 116. P. 136–144. https://doi.org/10.1016/j.tws.2017.03.009

10. Gibson L. J., Ashby M. F., Schajer G. S., Robertson C. I. The mechanics of two-dimensional cellular materials. Proc. R. Soc. A. 1982. Vol. 382. P. 25–42. https://doi.org/10.1098/rspa. 1982.0087

11. Chen Y., Hu H. In-plane elasticity of regular hexagonal honeycombs with three different joints: A comparative study. Mech. Mater. 2020. Vol. 148. 103496. https://doi.org/10.1016/j.mechmat. 2020.103496

12. Romanova T., Stoyan Y., Pankratov A., Litvinchev I., Avramov K., Chernobryvko M., Yanchenvskyi I., Mozgova I., Bennell J. Optimal layout of ellipses and its application for additive manufacturing. Int. J. Prod. Res. 2021. Vol. 59 (2). P. 560–575. https://doi.org/10.1080/00207543.2019.1697836

13. Casavola C., Cazzato A., Moramarco V., Pappalettere C. Orthotropic mechanical properties of fused deposition modelling parts described by classical laminate theory. Mater. Des. 2016. Vol. 90. P. 453–458. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.11.009

14. Derevianko I., Uspensky B., Avramov K., Salenko A., Maksymenko-Sheiko K. Experimental and numerical analysis of mechanical characteristics of fused deposition processed honeycomb fabricated from PLA or ULTEM 9085. J. Sandwich Struct. Mater. 2023. Vol. 25 (2). P. 264–283.

15. Catapano A., Montemurro M. A multi-scale approach for the optimum design of sandwich plates with honeycomb core. Part I: Homogenisation of core properties. Compos. Struct. 2014. Vol. 118. P. 664–676. https://doi.org/10.1016/j. compstruct.2014.07.057

Copyright (©) 2023 Чернобривко М. В., Аврамов К. В., Успенський Б. В., Маршуба I. С.

Copyright © 2014-2023 Технічна механіка