Разработка численных и экспериментальных методов создания оптимальной структуры армированных стекло- и углепластиков авиационного применения

Объект исследования - несущие конструкции из полимерных композиционных материалов. Цель исследования - разработка методов создания оптимальной структуры композита, включая выбор армирующих волокон, связующих, схему укладки, рекомендации по формированию изделия, для достижения максимально возможных значений пределов эксплуатационной выносливости в условиях заданных внешних силовых и климатических воздействий. Разработан атлас используемых схем выкладки однонаправленных и тканых препрегов. Построен ряд конечно-элементных моделей микромеханики неоднородных структур однонаправленных полимеризованных препрегов, ламинатов с различной укладкой слоев, и разработана методика определения эффективных упругих модулей на представительных объемах, дополненная результатами расчета модулей приближенными аналитическими методами и данными механических испытаний. Для группы деталей-представителей выполнены работы по конвертации их CAD-моделей, выявлены и устранены причины некорректного преобразования в конечно-элементные форматы. Решена группа задач снижения локальной напряженности композитных конструкций за счет выбора оптимальной выкладки слоев препрега. Созданы универсальная методика многокритериальной оптимизации распределенных структур; программное обеспечение, осуществляющее итерационный вызов прямой задачи моделирования при сканировании области в пространстве переменных дизайна с учетом конструктивных и иных ограничений, а также наглядную визуализацию двумерных проекций многомерной области оптимума в пространстве переменных дизайна. В результате исследования разработаны методика и средства многомасштабного моделирования упругих свойств армированных полимерных композитов, позволяющие рассматривать их как однородные ортотропные материалы, и средства многокритериальной оптимизации систем и процессов с учетом ряда ограничений.