ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОГРАММНОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ SOLIDSIMULATION

FEATURES OF COMPOSITE MATERIALS MODELING IN SOLIDSIMULATION SOFTWARE

Nikita Getmanets

Master's student, Department of Mechanical Engineering Technology, Arzamas Polytechnic Institute (branch) of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education R.E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University,

Russia, Arzamas

Natalia Pris

Scientific director, сandidate of technical sciences, associate professor, Arzamas Polytechnic Institute (branch) of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "R.E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University",

Russia, Arzamas

АННОТАЦИЯ

Данная статья посвящена методике проведения прочностных расчетов композитных материалов в программном обеспечении SolidSimulation. Использование подобных расчетов позволило оптимизировать конструкцию гиростабилизированного подвеса камеры беспилотного летательного аппарата.

ABSTRACT

This article is devoted to the methodology of strength calculations of composite materials in the SolidSimulation software. The use of such calculations allowed us to optimize the design of the gyrostabilized suspension of the camera of an unmanned aerial vehicle. 

Ключевые слова: композитный материал, прочностной расчет, подвес камеры БПЛА, SolidSimulation.

Keywords: composite material, strength calculation, UAV camera suspension, SolidSimulation.

Использование композитных материалов в современном авиастроении, в частности, беспилотном авиастроении, в последнее время получило огромное распространение. Для качественного моделирования с использованием композитных материалов необходимо использовать специализированное программное обеспечение SolidSimulation. В настоящее время существует нехватка обучающих материалов для выполнения подобных расчетов. Использование методики, рассмотренной в данной статье, позволит более точно выполнять прочностные расчеты и анализировать полученные данные.

Особенность моделирования композитных материалов в программном обеспечении Solid Simulation  является использование поверхностной модели для анализа.

Поверхностная модель детали «Кронштейн» представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Поверхностная модель для исследования

Основной сложностью является моделирование композитного материала. Первоначально необходимо задать тип оболочки – Составной, состоящий из 10 слоев (см. рисунок 2).

Рисунок 2. Моделирование типа составной оболочки

Необходимо отметить, что слои композитной ткани располагаются под углами 0, 45⁰, 90⁰, -45⁰, -90⁰ (см. рисунок 3), толщина слоя ткани – 0,2 мм. Таким образом, общая толщина детали равна 2 мм.

Рисунок 3. Слои композитного материала

Следующим этапом является моделирование параметров композитной ткани Composite (см. рисунок 4).

Рисунок 4. Параметры материала Composite

Внешняя нагрузка, которая действует на систему полностью совпадает с исследованием конструкции кронштейна, изготовленной из алюминиевого деформируемого сплава Д16Т (ускорение 5G и удаленная нагрузка 200 Н на расстоянии 50 мм).

Моделирование дистанционной нагрузки в 200 Н, которая располагается на расстоянии 50 мм от торца детали (вес камеры и двигателей) представлена на рисунке 5.

Рисунок 5.  Задание дистанционной нагрузки 200 Н

Далее необходимо задать ускорение 5G(см. рисунок 6).

Рисунок 6. Задание ускорения 5G

Зоны закрепления показаны с помощью фиксации (см. рисунок 7).

Рисунок 7. Зоны фиксации кронштейна

После задания всей внешней нагрузки необходимо сгенерировать сетку конечных элементов. В нашем случае сетка является не твердотельной а поверхностной (см. рисунок 8).

Рисунок 8.  Поверхностная сетка КЭ

Проанализируем результаты. Рассмотрим эпюру максимального напряжения в слое (рисунок 9)

Рисунок 9. Напряжения (максимальное в слое)

Необходимо отметить, что имеется возможность проанализировать напряжения в каждом слое композитного материала Величина напряжений уменьшается к нейтральному слою. На пятом слое напряжение перетекает в зону крепления, напряжения изгиба равны практически нулю. Таким образом, пятый слой является нейтральным. В результате ускорения 5G и внешней нагрузки в конструкции возникают напряжения 45,708 МПа. Рассмотрим эпюру перемещения (см. рисунок 10)

Рисунок 10. Эпюра перемещения

В результате нагрузки деформация кронштейна будет равна 1,31 мм.

Данная методика проведения прочностных расчетов с использованием композитных материалов будет полезная для студентов, магистрантов, инженеров и технологов.

Список литературы:

1. https://help.solidworks.com/2020/RUSSIAN/SolidWorks/sldworks/IDC_HELP_HELPTOPICS.htm. (дата обращения: 12.09.2024)