5.4. Расчёт полки и стенки нервюры на основе кму

Проведём расчёт полок и стенки нервюры для композиционного материала углепластика на основе углеродного волокна марки Торнел 300 и эпоксидного связующего марки УП-63(σ _св. =108 МПа):

Задаём начальную толщину полки 3 мм:

Толщина одного слоя составляет 0,2 мм ,следовательно наша полка состоит из 15 слоёв:

Таблица 5.1. Слои укладки

N п.п	Угол укладки
1	0°
2	±45°
3	0°
4	±45°
5	90°
6	0°
7	±45°
8	90°
9	±45°
10	0°
11	±45°
12	90°
13	0°
14	±45°
15	0°

Среднее напряжение в деталях полученных на основе выкладки заданных КМ определяется по формуле:

(5.12)

где [МПа] - напряжение в - ом слое;

- количество - х слоёв;

Для однонаправленного материала на основе волокон Торнел 300:

=1600 МПа; для слоёв под углом ±45° :

=0,3· =0,3·1600=480 МПа ; а для поперечных слоёв:

=108 МПа

Подставив значения напряжений в формулу (3.12.)получим:

МПа

Расчетное напряжение в деталях на основе заданного КМ определяется по формуле:

, (5.13)

где - влияние климатических условий;

- снижение прочности за счёт чувствительности к концентраторам напряжений типа необнаруживаемых допустимых и начальных дефектов;

- технологический коэффициент, учитывающий разброс свойств пластика от способа его изготовления;

- масштабный коэффициент, учитывающий понижение свойств при формовании толстостенных конструкций (поясов нервюр и лонжеронов). Суммарное значение коэффициента ослабления:

К_Σ = 0,7 –при растяжении;

К_Σ = 0,56 – при сжатии.

Подставив значения К_Σ в формулу (5.13.) получим:

МПа

МПа

Толщину полки из углепластика можно определить по формуле:

(5.14)

где [кН]- максимальная сила действующая на пояс нервюры;

[мм]- ширина полки.

Аналогично проведём расчёт толщины стенки применяя другую укладку табл.3.2:

В качестве материала КМ принимаем тот же, что и для полок КМУ на основе углеволокна Торнел 300 и эпоксидного связующего УП-63. Расчет ведём методом последовательных приближений.

Начальную толщину стенки принимаем равной 2 мм.

Таблица 5.2

N п.п	Угол укладки
1	0°
2	±45°
3	0°
4	±45°
5	90°
6	0°
7	±45°
8	0°
9	±45°
10	0°

Рассчитаем среднее напряжение материала по формуле (5.12)

(МПа)

Среднее касательное напряжение действующее на стенку равно:

(5.15)

(МПа)

Толщину стенки найдём по формуле:

; (5.16)

Подставляя значения получим:

(мм)

Нервюры, выполненные из композиционных материалов имеют ту же ширину полки что и для металлов, но большее значение толщины полки и стенки нервюры. Несмотря на это, нервюры из КМ имеют значительно меньший вес (в данном случае - на 3 кг) по сравнению с нервюрами из алюминиевых сплавов за счёт меньшей плотности (плотность Д16АчТ = 2780 кг/м³, а КМ - 1750 кг/м³) . Нервюры из КМ имеют хорошую жёсткость, прочность и долговечность, но более чувствительны к климатическим условиям. Кроме того, имеются сложности при выполнении механических соединений КМ, а также соединении с металлическими стыковыми узлами для крепления закрылка. Нервюры, выполненные из модифицированных алюминиево-литиевых сплавов также позволяют уменьшить массу конструкции (в данном случае, примерно на 1 кг) за счет большей удельной прочности, но изделия из О1420 и О1450 должны подвергаться более тщательному контролю из-за большей хрупкости материала в районе отверстий и галтелей.

Учитывая всё выше сказанное в качестве материала для проектируемой нервюры целесообразно выбрать алюминиево-литиевый сплавы: О1420 для нижней полки и стенки и О1450 для верхней полки, как обладающие более высокой технологичностью.