Сэндвич-панели применяются в авиации для отдельных элементов оперения и механизации воздушного судна, обшивки и пола в кабинах самолета. Они обладают высокими показателями удельной жесткости и прочности, которые достигаются благодаря рациональному сочетанию материалов. Тонкие, но крепкие несущие слои принимают на себя основной удар (внешнюю нагрузку, атмосферное давление), а легкий пористый заполнитель повышает сопротивление нагрузкам и обеспечивает дополнительный функционал, например звукопоглощение.
В настоящее время широко применяются структуры с сотовым заполнением, однако с учетом развития технологий 3D-печати альтернативой могут стать решетчатые (ячеистые) структуры со сложной геометрией. Такие решетки основаны на элементарной ячейке определенного дизайна. Это повторяющаяся единица, которая многократно копируется в нескольких направлениях для создания цельной структуры. Для их производства можно использовать аддитивные технологии, что позволит создавать еще более легкие и прочные детали.
Ячеистые заполнители бывают разных типов и свойств, и чтобы изготовить необходимую сэндвич-конструкцию для определенной цели, важно изначально создать ее численную модель. Моделирование поможет предварительно оценивать особенности конструкций и применимость к конкретным задачам.
Михаил Ташкинов, доцент кафедры «Динамика и прочность машин» ПНИПУ, отметил:
«Мы разработали программу ЭВМ, предназначенную для проектирования сэндвич-структур с различной геометрией ячеистого заполнителя. Численный анализ помогает изучать их свойства при изменении геометрических параметров, таких как тип и толщина стенки ячейки. Так можно оптимизировать конструкцию и оценить, как меняются механические характеристики при использовании различных типов заполнителей и материалов для них»
В разработанной системе можно управлять поверхностями объектов, вершинами и гранями, которые определяют форму 3D-ячеек. Есть возможность добавлять твердый заполнитель в пористую фазу структур, а также создавать условия для разных видов механических нагрузок и таким образом определять поведение и свойства конструкций. В качестве входных данных используются размеры структур, толщина пластин оболочек, а также геометрия ячеек.
Михаил Ташкинов пояснил:
«В программу встроен автоматизированный алгоритм, который создает файлы для расчета и последующей 3D-печати объектов. С помощью разработанной системы можно быстро и эффективно моделировать сэндвич-структуры с различными типами заполнителя и изменять их параметры для улучшения свойств конечного продукта, учитывая в том числе материал, из которого они будут произведены»
