Справочник по композиционным материалам
АНАЛИЗ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ СОВРЕМЕННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
За последние пятнадцать лет наиболее совершенные композиционные материалы превратились из новинок, созданных в лабораториях, в обыденную промышленную продукцию, используемую как в несущих, так и во вспомогательных конструкциях самолетов и ракет.
Структурное конструирование является всегда итерационным процессом, начинающимся с создания конструкторских представлений о целесообразных путях использования новых материалов. Существует целый ряд факторов, которые должны учитываться в процессе производства: масса материала; цена материала, включающая стоимость его разработки; легкость в переработке; надежность и испытанность. Значимость того или иного фактора зависит от области применения материала. Уменьшение массы особенно важно при создании материалов для космической техники. При использовании новых материалов в гражданском самолетостроении существенным является снижение стоимости материала и технологических проводок. Снижение массы и уменьшение размеров деталей при конструировании новых авиационных систем приводит, в конечном итоге, к снижению цены на изделия.
Процесс конструирования включает выбор структуры материала. Итерационный подход заключается во все более глубоком изучении свойств материалов при выборе из все меньшего числа предполагаемых структур. Конечным итогом этой операции является начало самой конструкторской работы. В отличие от металлов, композиционные материалы сами являются объектом оптимизации для использования в конкретных структурах.
Детальное конструирование и особенности методов проектирования, связанные с использованием композиционных материалов, в настоящее время находятся еще на более низком уровне проработки, чем те же вопросы для металлов, Так как композиционные материалы формируются из большого числа индивидуальных слоев, каждый из которых имеет свою ориентацию, можно теоретически создать структуру с оптимальными характеристиками. Практически же эти характеристики определяются большим числом условий: особенностью конструкции, возможностями про-
|
Рис. 20.1. Схема конструкторскоГо цикла при создании структуры на основе композита |
Изводства, испытаний и эксплуатационными характеристиками. Основным является то, что от основных характеристик материала существенно зависит выбор конструкции проектируемых деталей.
Проектирование и анализ конструкций нового типа могут быть ускорены только при использовании компьютеров. Однако все эти процессы могут быть упрощены, если используются предварительные конструкторские оценки.
Такой упрощенный конструкторский подход, аналогичный предварительному проектированию, является предметом обсуждения в данной главе и схематически показан на рис. 20.1.
