Разработка методик многоуровневых конечно-элементных расчетов прочности элементов конструкции самолета МС-21 (2012 г.)

В 2012 г. сотрудниками лаборатории "Вычислительная механика" (CompMechLab®) НИУ СПбГПУ была выполнена НИОКР для ОАО "Корпорация "Иркут" по теме "Разработка методик многоуровневых конечно-элементных расчетов прочности элементов конструкции самолета МС-21." В ее рамках был выполнен следующий этап работ: "Создание методик расчета прочности и повреждений конструкции под действием ударных и динамических нагрузок. Валидация методик" (на основе SIMULIA/Abaqus-технологии).

К 2016 году ОАО "Корпорация "Иркут" совместно с ОКБ им. А. С. Яковлева планирует создать семейство ближне-среднемагистральных пассажирских самолетов МС-21, имеющих широкие эксплуатационные возможности и ориентированных на российский и мировой рынок гражданских воздушных судов. В ряду особенностей самолета будет активное использование композиционных материалов.

Целью работы была разработка методики многоуровневого конечно-элементного (КЭ) моделирования повреждений от ударных нагрузок элементов конструкции вертикального оперения (ВО) самолета МС-21 при воздействии града.

Столкновение с градом представляет опасность для таких деталей самолета как фюзеляж, горизонтальное и вертикальное оперение, вентилятор турбины и другие. С целью определения опасности подобных столкновений были проведены экспериментальные и вычислительные исследования.

Для верификации модели было проведено конечно-элементное моделирование, аналогичное эксперименту. В результате сравнения численных и натурных экспериментов показана возможность использования КЭ модели градины для моделирования динамических взаимодействий.

Эксперимент  ​	КЭ Моделирование

​Процесс развития деформаций и разрушения градины в натурном эксперименте и КЭ модели

На втором этапе работы по исходным геометрическим  данным, предоставленным заказчиком, была разработана конечно-элементная модель вертикального оперения самолета МС-21, включающая в себя детали из композиционных материалов, алюминиевых и титановых сплавов и сотовых конструкций.

КЭ модель вертикального оперения самолета МС-21

В третьей части работы проведена серия численных экспериментов и оценка полученных напряженно-деформированных и поврежденных состояний. Рассматриваются три варианта столкновения града с ВО в направлении оси х в трех различных позициях: две по центру обшивки носка киля между нервюрами и одна в районе нервюры.

Области удара импактора в ВО самолета МС-21

Анимация: удар в позиции 1, поле полных перемещений элемента оперения в области контакта с импактором

​
Результаты КЭ моделирования: удар в позиции 1, деформированное состояние элемента оперения t=0.3 мс	Результаты КЭ моделирования: удар в позиции 1, деформированное состояние нервюры элемента оперения t=0.3 мс
​
Результаты КЭ моделирования: удар в позиции 1, поле нормальных перемещений элемента оперения в области контакта с импактором, t=0.3 мс,мм	Результаты КЭ моделирования: удар в позиции 1, поле нормальных перемещений элемента оперения в области контакта с импактором, t=0.3 мс, мм
Результаты КЭ моделирования: удар в позиции 1, поле интенсивности напряжений по Мизесу в обшивке в области контакта, t=0.2 мс, Мпа	Результаты КЭ моделирования: удар в позиции 1, поле интенсивности напряжений по Мизесу в нервюре в области контакта, t=0.2 мс, МПа
​
Результаты КЭ моделирования: удар в позиции 1, поле эквивалентных пластических деформаций в области контакта с импактором t=0.6 мс

 

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab® на основе работы выполненной в 2012 г.