Строительная механика авиационных конструкций

Строительная механика авиационных конструкций

область строительной механики сооружений, в которой в качестве объекта исследования рассматриваются конструкции отдельных агрегатов и частей летательных аппаратов или конструкция летательных аппаратов в целом. В ряду научных дисциплин, относящихся к механике деформируемых тел, С. м. занимает промежуточное место между теориями упругости и пластичности и упрощёнными приёмами расчёта инженерных объектов, которые объединены в общий раздел — сопротивление материалов. Основные задачи С. м., связанные с расчётом и проектированием летательных аппаратов, — разработка математических моделей, предназначенных для практических исследований деформаций, внутренних усилий и напряжений, устойчивости и колебаний авиационных конструкций и их элементов при статических и динамических внешних воздействиях различного происхождения (механические нагрузки, неравномерное нагревание и др.). Цели и задачи С. м. в этом случае подчинены требованию создания оптимальной конструкции летательных аппаратов (см. Конструкция авиационная), удовлетворяющей разнообразным условиям прочности, заданному ресурсу, эксплуатационной живучести, обеспечению динамических и аэроупругих характеристик (см. Аэроупругость), экономичности. Решению этих задач предшествует выбор конструктивно-силовой схемы.
Конструкция летательных аппаратов как объект исследования в С. м. является сложной системой, при создании и расчёте которой используют в различных комбинациях традиционные объекты С. м. (стержни, гладкие и подкреплённые пластины и оболочки, массивные тела), а также характерные для авиационных конструкций объекты с существенной нерегулярностью (с перепадами жёсткости, вырезами, с сосредоточенными воздействиями), со сложной геометрией и структурой (сочетание оболочек с различной кривизной, многозамкнутые структуры), подвергающиеся воздействию разнообразных процессов (статических, динамических, упругих) и находящиеся в различных состояниях деформирования упруго-пластическом, ползучести и др.). Для характерных конструкций летательных аппаратов — корпуса (фюзеляж, мотогондола), несущих поверхностей (крыло, оперение, рули), стержневых и балочных систем шасси, органов управления, узлов подвески оборудования и грузов и др. — применяются определенные методы расчёта. Так, для описания тонкостенных элементов широко используют континуальные, дискретно-континуальные и дискретные расчётные схемы. Учёт их специфических особенностей и внешних воздействий позволяет выбрать рациональную расчетную схему, упростить формулировку задач и их решение.
Теоретическую основу С. м. авиационных конструкций составляют общие теоремы и вариационные принципы механики деформируемых тел (принцип возможных перемещений, принцип возможных изменений напряжённых состояний, смешанные вариационные принципы). Благодаря развитию вычислительной техники и программирования большое распространение при реализации этих теорем и принципов получили численные методы С. м. среди которых наиболее эффективный — метод конечных элементов (см. в статье Статическая прочность). Наряду с этим актуальны и перспективны общие схемы реализации, базирующиеся на комбинированном использовании аналитических, численно-аналитических и численных моделей.
Основные направления развития С. м. авиационных конструкций следующие: разработка эффективной методологии исследования конструкций летательных аппаратов на базе системного подхода; развитие методов расчёта напряжённо-деформированного состояния подкреплённых тонкостенных конструкций, многослойных пластин и оболочек, конструкций из композиционных материалов; исследование устойчивости и динамики (в линейной и нелинейной постановках задач), аэроупругости, термоупругости, термопластичности, термоползучести конструкций летательных аппаратов; изучение действия случайных факторов и механики разрушения; дальнейшая разработка теории надёжности применительно к летательным аппаратам; автоматизация процессов исследований авиационных конструкций с использованием ЭВМ.
С. м. конструкций летательных аппаратов как научная дисциплина начала складываться с первых практических шагов становления авиации и базировалась на работах по механике конструкций русских учёных И. Г. Бубнова, Б. Г. Галёркина, А. Н. Крылова, П. Ф. Панковича, С. П. Тимошенко. Основополагающей работой в области С. м. самолёта явилась статья Н. Е. Жуковского «Исследование устойчивости конструкции аэропланов» (1918). Основные достижения С. м. на этапе создания металлических самолётов связаны с трудами В. Н. Беляева, Г. С. Еленевского, А. И. Макаревского, В. М. Стригунова, А. М. Черёмухина. В 50—70-х гг. в С. м. конструкций летательных аппаратов существенный вклад внесли советские учёные В. З. Власов, Р. А. Ададуров, Л. И. Балабух, А. А. Белоус, С. Н. Кан, Ю. Г. Одиноков, А. Ю. Ромашевский, И. А. Свердлов, А. А. Уманский и другие. Значительный вклад в перспективные направления С. м. конструкций летательных аппаратов сделали В. В. Болотин, В. В. Васильев, М. Б. Вахитов, А. С. Вольмир, Э. И. Григолюк, И. Ф. Образцов, В. И. Феодосьев, В. М. Фролов и другие.

Авиация: Энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия. Главный редактор Г.П. Свищев. 1994.