Speaker
Description
Оценка состояния ответственных композитных конструкций невозможна без установки в критические места сенсоров на основе тензо-, пьезо- или волоконно-оптических датчиков (ВОД) [1,2]. Запрос в SCOPUS по теме fiber optic sensor for aerospace показал наличие более 1000 публикаций, демонстрируя устойчивый рост, начиная с одной в 1984 году до 50 публикаций в 2023 году. Информация с установленных датчиков фиксируется и обрабатывается с целью определения места локального удара [3,4], размера дефекта [5,6] или приближения к катастрофическому разрушению [7,8]. Хрупкость композитов и наличие дефектов в эксплуатации приводят к необходимости вводить дополнительные коэффициенты запаса прочности и снижать потенциально высокую весовую эффективность композитных конструкций.
Для решения отмеченных выше проблем сравнительно недавно [9-11] предложены про-бионические схемы сетчатых оболочек (ПБСО), содержащие не две, а три системы силовых рёбер из однонаправленного композита, защитные накладки на рёбра и внешнюю эластичную обшивку. Силовые рёбра расположены в глубине конструкции и закрыты от внешних ударов обшивкой, лежащей на защитной накладке. При локальном ударе эластичная обшивка прогибается не разрушаясь, а накладка демпфирует удар, растягивая импульс и уменьшая контактную нагрузку [11].
В данной работе при локальном ударе сетчатая оболочка представлена в виде эквивалентной гладкой оболочки [9]. Результаты расчёта переданы на детализированную модель фрагмента оболочки, состоящего из силового ребра, содержащего слои однонаправленного композита, прослойки матричного полимера, защитную накладку и обшивку. Прослойки матричного полимера и защитная накладка наделены упругопластическими свойствами. Слои однонаправленного композита и обшивка – ортотропные упругие среды. Расчёты МКЭ показывают, что расположение ВОД непосредственно на ребре не даёт необходимой точности, тогда как установка сенсора в защитную накладку, изготовленную из термопластичного полимера, полностью решает задачу. Локализованные сенсоры (ВОД на решётках Брэгга) должны быть установлены с высокой частотой (через 1-2 см по длине ребра), чтобы указывать место удара, что технически трудно выполнимо. Распределённые ВОД (на рассеянии Бриллюэна) обладают большим преимуществом, позволяя и указывать место удара по зафиксированной остаточной деформации и оценивать важнейший параметр удара – энергию.
В расчётах на методическом примере (широкофюзеляжный пассажирский самолёт) показано, что размещение оптоволокна для фиксации остаточных деформаций в зоне удара должно быть в верхней части накладки у границы с обшивкой. В случае локального удара с энергией 50 Дж максимальные деформации оптоволокна не превысят 2%.
Имеется монотонная зависимость остаточных деформаций накладки от энергии удара. При уменьшении энергии удара с 50 до 5Дж остаточные деформации в зоне ВОД уменьшаются с 2,07 до 0,57%.
