Технологія виготовлення, експериментальний та чисельний аналіз статичного вигину тришарової композитної пластини із стільниковим заповнювачем

Автори

І. І. Деревянко, Державне підприємство «Конструкторське бюро «Південне» ім. М. К. Янгеля» (49008, Україна, м. Дніпро, вул. Криворізька, 3), e-mail: dereviankoii2406@gmail.com, ORCID: 0000-0002-1477-3173

К. В. Аврамов, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: kvavramov@gmail.com, ORCID: 0000-0002-8740-693X

Б. В. Успенський, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: Uspensky.kubes@gmail.com, ORCID: 0000-0001-6360-7430

О. Ф. Саленко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (03056, Україна, м. Київ, пр. Берестейський, 37), ORCID: 0000-0002-5685-6225

Анотація

Використання тонкостінних конструкцій із стільниковим заповнювачем, виготовленим за допомогою адитивних технологій, має декілька переваг у порівнянні із конструкціями, виготовленими завдяки використанню традиційних технологій. Передусім це пояснюється тим, що адитивні технології значно спрощують виготовлення стільникових заповнювачів. У статті запропоновано технологію виготовлення тришарової композитної пластини із стільниковим заповнювачем, отриманим за допомогою адитивних технологій. Як матеріал для виготовлення стільникового заповнювача було обрано пластик PLA. Друк здійснювався з використанням принтера «Дельта» з паралельними кінематичними ланцюгами із застосуванням FDM технологій. Температура друку становила 215 °С, температура стола – 60 °С. Запропоновано принципово нову схему експериментального стенду для вивчення вигину тришарової пластини. Метою досліджень є проведення випробувань зразків тришарової стільникової панелі на статичний вигин при жорсткому защемленні одного краю зразка. Для випробувань використовувалася атестована розривна машина TiraTest 2300, що дозволяє проводити випробування на розтягнення і стиснення із заданою швидкістю руху траверси й вимірювати навантаження з відносною похибкою, що складає 1%. Розривна машина дає змогу провести навантаження зразка й провести замір навантаження і переміщення траверси. Для вимірювання деформацій поверхні обшивок використовується шістнадцятиканальна тензометрична станція. Як експериментальні дані отримані поперечні переміщення тришарової пластини. Вигин тришарової пластини моделюється в комерційному пакеті ANSYS. Результати експериментального і чисельного аналізу добре збігаються.

Ключові слова: тришарова композитна пластина, адитивні технології, стільниковий заповнювач, скінченноелементна модель.

Повний текст: завантажити PDF

Література

1. Xu M., Liu D., Wang P., Zhang Z., Jia H., Lei H., Fang D. In-plane compression behavior of hybrid honeycomb metastructures: Theoretical and experimental studies. Aerospace Science and Technology. 2020. Vol. 106. Paper 106081. https://doi.org/10.1016/j.ast.2020.106081.
2. Chen Y., Li T., Jia Z., Scarpa F., Yao C., Wang L. 3D printed hierarchical honeycombs with shape integrity under large compressive deformations. Materials & Design. 2018. Vol. 137. P. 226–234. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2017.10.028.
3. Parsons E. M. Lightweight cellular metal composites with zero and tunable thermal expansion enabled by ultrasonic additive manufacturing: Modeling, manufacturing, and testing. Composite Structures. 2019. Vol. 223. Paper 110656. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.02.031.
4. 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. Journal of Sandwich Structures and Materials. 2023. Vol. 25. Iss. 2. P. 264–283. https://doi.org/10.1177/10996362221137292.
5. Uspensky B., Derevianko I., Avramov K., Polishchuk O., Salenko A. Experimental and numerical study on fatigue of sandwich plates with honeycomb core manufactured by fused deposition modeling. Applied Composite Materials. 2022. Vol. 29. P. 2033–2061. https://doi.org/10.1007/s10443-022-10057-w.
6. Avramov K., Uspensky B. Nonlinear supersonic flutter of sandwich truncated conical shell with flexible honeycomb core manufactured by fused deposition modeling International Journal of Non-Linear Mechanics. 2022. Vol. 143. Paper 104039. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2022.104039.
7. Avramov K., Uspensky B. Nonlinear forced vibrations of doubly curved sandwich shells with fused deposition processed flexible honeycomb core. Acta Mechanica. 2023. Vol. 234. P. 1183–1210. https://doi.org/10.1007/s00707-022-03426-w.
8. Matthews N. Additive metal technologies for aerospace sustainment. Aircraft Sustainment and Repair. 2018. P. 845–862. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100540-8.00015-7.
9. Boparai K. S., Singh R. Advances in fused deposition modeling. In: Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. Elsevier, 2017. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.04166-7.
10. Zhang S., Ma Y., Deng Z. Analytical solution and experimental verification for the buckling failure of additively manufactured octagonal honeycombs. Composite Structures. 2023. Vol. 303. Paper 116306. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.116306.
11. Mazaev A. V., Shitikova M. V., Soloviev I. A. The stressed state of three-layer composites with tetrachiral honeycombs under bending conditions: Mathematical modeling and additive manufacturing laboratory experiments. Composite Structures. 2023. Vol. 305. Paper 116550. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.116550.

Надійшла до редакції 21.08.2024