Стабілізація фізико-механічних характеристик стільникового заповнювача на основі корекції технологічних способів його виготовлення

Objective preconditions for a more effective application of honeycomb structures in a number of industries are not only their advantages, already implemented and proven, but also resolving some of their problems. Regardless whether the honeycomb filler is made directly at an enterprise or purchased before forming a structure, it is subjected to various technological operations. In the course of these operations, some of its geometrical parameters undergo change, which is also related to its physical-mechanical characteristics.The paper reports a study into ensuring the physical-mechanical characteristics of honeycomb fillers in the cases when its characteristics are beyond the limits of permissible values due to certain deviations in the geometry of honeycombs, which are to be purposefully adjusted in the process of fabrication of a given material. Based on the conditions for the strength of honeycomb filler in terms of the uniform detachment during stretching a honeycomb packet into a block, we have adjusted its physical-mechanical characteristics by ensuring the regulated range of the honeycomb’s cell stretching angle within the limit of the assigned region of its shape change coefficients.We have obtained the regulated relationship between technological parameters and the honeycomb packet stretching angle and a shape change coefficient. The dependence makes it possible to determine the required range of technological parameters for implementing the physical-mechanical characteristics of honeycomb filler, required by the standard, with the predefined input geometrical parameters of its cell. We have analyzed all existing technological techniques for applying glue bands on a honeycomb filler’s material based on the relation between the step of applying the bands, the cell shape change coefficient, and the dimension of its side. The results obtained make it possible to improve the standard production processes for honeycomb fabrication, which in turn will increase the stability of physical-mechanical characteristics of the honeycomb filler, as well as the structures based on it.Объективными предпосылками более эффективного применения сотовых конструкций в ряде отраслей промышленности является не только уже реализованные и доказанные их преимущества, но и решение ряда проблем. Независимо от того, производится сотовый заполнитель непосредственно на предприятии или покупается перед формированием конструкции, он подвергается тем или иным технологическим операциям. В процессе этих операций изменяются некоторые из его геометрических параметров, а, следовательно, и физико-механические характеристики.В статье проведено исследование обеспечения физико-механических характеристик сотовых заполнителей в тех случаях, когда его характеристики выходят за рамки допустимых значений вследствие определенных отклонений в геометрии сот, подлежащих целенаправленной корректировке в процессе изготовления этого материала. Из условий прочности сотового заполнителя на равномерный отрыв в процессе растяжения сотопакета в блок проведена коррекция его физико-механических характеристик путем обеспечения регламентированного диапазона угла растяжки ячейки сотов в пределах заданной области коэффициентов изменения ее формы.Получена регламентированная связь между технологическими параметрами и углом растяжки сотового пакета и коэффициентом изменения формы ячейки. Зависимость позволяет выявить потребный диапазон технологических параметров для реализации необходимых по регламенту физико-механических характеристик сотового заполнителя с заданными входными геометрическими параметрами его ячейки. Проанализированы все существующие технологические способы нанесения клеевых полос на материал сотового заполнителя на основе связи между шагом нанесения полос, коэффициентом изменения формы ячейки и размером ее стороны. Полученные результаты позволяют усовершенствовать типовые технологические процессы производства сот, что в свою очередь повысит стабильность физико-механических характеристик сотового заполнителя и конструкций на его основеОбъективными предпосылками более эффективного применения сотовых конструкций в ряде отраслей промышленности является не только уже реализованные и доказанные их преимущества, но и решение ряда проблем. Независимо от того, производится сотовый заполнитель непосредственно на предприятии или покупается перед формированием конструкции, он подвергается тем или иным технологическим операциям. В процессе этих операций изменяются некоторые из его геометрических параметров, а, следовательно, и физико-механические характеристики. В статье проведено исследование обеспечения физико-механических характеристик сотовых заполнителей в тех случаях, когда его характеристики выходят за рамки допустимых значений вследствие определенных отклонений в геометрии сот, подлежащих целенаправленной корректировке в процессе изготовления этого материала. Из условий прочности сотового заполнителя на равномерный отрыв в процессе растяжения сотопакета в блок проведена коррекция его физико-механических характеристик путем обеспечения регламентированного диапазона угла растяжки ячейки сотов в пределах заданной области коэффициентов изменения ее формы. Получена регламентированная связь между технологическими параметрами и углом растяжки сотового пакета и коэффициентом изменения формы ячейки. Зависимость позволяет выявить потребный диапазон технологических параметров для реализации необходимых по регламенту физико-механических характеристик сотового заполнителя с заданными входными геометрическими параметрами его ячейки. Проанализированы все существующие технологические способы нанесения клеевых полос на материал сотового заполнителя на основе связи между шагом нанесения полос, коэффициентом изменения формы ячейки и размером ее стороны. Полученные результаты позволяют усовершенствовать типовые технологические процессы производства сот, что в свою очередь повысит стабильность физико-механических характеристик сотового заполнителя и конструкций на его основеОб'єктивними передумовами більш ефективного застосування стільникових конструкцій у ряді галузей промисловості є не тільки вже реалізовані і доведені їх переваги, але і вирішення низки проблем. Незалежно від того, чи виготовляється стільниковий заповнювач безпосередньо на підприємстві або купується перед формуванням конструкції, він піддається тим чи іншим технологічним операціям. В процесі цих операцій змінюються деякі з його геометричних параметрів, а, отже, і фізико-механічні характеристики. В статті проведено дослідження забезпечення фізико-механічних характеристик стільникових заповнювачів в тих випадках, коли його характеристики виходять за рамки допустимих значень внаслідок певних відхилень в геометрії стільників, що підлягають цілеспрямованому коригуванню в процесі виготовлення цього матеріалу. З умов міцності стільникового заповнювача на рівномірний відрив в процесі розтягування пакета в блок проведено корекцію його фізико-механічних характеристик шляхом забезпечення регламентованого діапазону кута розтяжки чарунки стільників в межах заданої області коефіцієнтів зміни її форми.Отримано регламентований зв’язок між технологічними параметрами та кутом розтяжки стільникового пакета і коефіцієнтом зміни форми чарунки. Залежність дозволяє виявити потрібний діапазон технологічних параметрів для реалізації необхідних по регламенту фізико-механічних характеристик стільникового заповнювача з заданими вхідними геометрічними параметрами його чарунки. Проаналізовано всі існуючі технологічні способи нанесення клейових смуг на матеріал стільникового заповнювача на основі зв'язку між кроком нанесенняя смуг, коефіцієнтом зміни форми чарунки та розміром її сторони. Отримані результати дозволяють вдосконалити типові технологічні процеси виробництва стільників, що в свою чергу підвищить стабільність фізико-механічних характеристик стільникового заповнювача та конструкцій на його основіОб'єктивними передумовами більш ефективного застосування стільникових конструкцій у ряді галузей промисловості є не тільки вже реалізовані і доведені їх переваги, але і вирішення низки проблем. Незалежно від того, чи виготовляється стільниковий заповнювач безпосередньо на підприємстві або купується перед формуванням конструкції, він піддається тим чи іншим технологічним операціям. В процесі цих операцій змінюються деякі з його геометричних параметрів, а, отже, і фізико-механічні характеристики. В статті проведено дослідження забезпечення фізико-механічних характеристик стільникових заповнювачів в тих випадках, коли його характеристики виходять за рамки допустимих значень внаслідок певних відхилень в геометрії стільників, що підлягають цілеспрямованому коригуванню в процесі виготовлення цього матеріалу. З умов міцності стільникового заповнювача на рівномірний відрив в процесі розтягування пакета в блок проведено корекцію його фізико-механічних характеристик шляхом забезпечення регламентованого діапазону кута розтяжки чарунки стільників в межах заданої області коефіцієнтів зміни її форми. Отримано регламентований зв’язок між технологічними параметрами та кутом розтяжки стільникового пакета і коефіцієнтом зміни форми чарунки. Залежність дозволяє виявити потрібний діапазон технологічних параметрів для реалізації необхідних по регламенту фізико-механічних характеристик стільникового заповнювача з заданими вхідними геометрічними параметрами його чарунки. Проаналізовано всі існуючі технологічні способи нанесення клейових смуг на матеріал стільникового заповнювача на основі зв'язку між кроком нанесенняя смуг, коефіцієнтом зміни форми чарунки та розміром її сторони. Отримані результати дозволяють вдосконалити типові технологічні процеси виробництва стільників, що в свою чергу підвищить стабільність фізико-механічних характеристик стільникового заповнювача та конструкцій на його основ

Розробка моделі та програмного рішення для підтримки вирішення задачі формування аналітичних приладових панелей

This research paper considers the problem of dashboard design as part of the Business Process Management lifecycle, where it is become necessary to monitor and control the current state of the organizational business processes. Therefore, designed dashboards should fully correspond to the features of the considered business processes, such as Key Performance Indicators and possible stakeholders, which are considered here as users of the developed Business Intelligence dashboard application. At the same time, according to the state-of-the-art in the field of data visualization, it is required to choose data visualization techniques, which are clear, easy interpretable, space efficient, attractive, and legible. In general, the dashboard design problem requires placing various visualization tools in a relatively small place, such as a screen of a computer, a laptop, a tablet, or even a smart phone, while keeping them accessible and easy to understand. At first, as part of the related work review and analysis, we have considered the core architecture of the dashboards and reporting applications. It is outlined that modern dashboards might use various big data chunks, such as databases of enterprise information systems of different types, spreadsheets data, and even unstructured documents. In order to summarize all the raw data from these data sources, the Data Warehouse should be built and, moreover, it should correspond to the metrics and indicators of business processes that should be demonstrated on a dashboard. We have also considered main principles, common mistakes, and graphs and charts that might be used to design a dashboard for business analytics purposes. Using the existing research in this field, the levels of informativeness were defined for each visualization tool, as well as the best practices of mapping various data types to graphs and charts are outlined. Proposed model of the da shboard design is based on the mathematical optimization. It is used to provide recommendations on which visualization tool should be used to display a certain Key Performance Indicator on a dashboard that corresponds to a certain user role. Development and usage of the software solution that implements the proposed model is outlined, as well as the obtained results of validation of the proposed software solution are shown and discussed.У даній роботі розглядається проблема проектування аналітичних приладових панелей як складової частини життєвого циклу управління бізнес-процесами, в рамках якого необхідно виконувати моніторинг та контроль поточного стану організаційних бізнес-процесів. Тому розроблені аналітичні панелі повинні повністю відповідати особливостям розглянутих бізнес-процесів, наприклад, ключових показників ефективності та можливих зацікавлених сторін, які в даній роботі розглядаються в ролі користувачів розробленого застосування інтелектуального аналізу даних, що реалізує необхідні приладові панелі. У той же час, згідно з останніми дослідженнями у галузі візуалізації даних, необхідно вибирати методи візуалізації даних, які є чіткими, легко інтерпретованими, ефективними з точки зору розміщення, привабливими та розбірливими. Загалом проблема проектування приладової панелі вимагає розміщення різних інструментів візуалізації у відносно невеликому місці, наприклад, на екрані комп’ютера, ноутбука, планшета чи навіть смартфона, зберігаючи їх доступними та зрозумілими. Перш за все, в рамках огляду та аналізу існуючих джерел, було розглянуто основну архітектуру аналітичних панелей та застосувань звітування. Зазначається, що сучасні аналітичні панелі можуть використовувати різні великі масиви даних, такі як бази даних корпоративних інформаційних систем різного типу, дані у форматі електронних таблиць і навіть неструктуровані документи. Для узагальнення всіх необроблених даних із цих джерел даних необхідно застосовувати сховища даних, структура яких повинна відповідати метрикам та показникам бізнес-процесів, які необхідно демонструвати на приладовій панелі. Також було розглянуто основні принципи, поширені помилки, графіки та діаграми, які можуть бути використані під час проектування приладової панелі для задач бізнес-аналітики. На основі існуючих досліджень у цій галузі було визначено рівні інформативності для кожного інструменту візуалізації, а також розглянуто найкращі практики відображення різних типів даних за допомогою графіків та діаграм. Запропонована модель побудови приладової панелі базується на задачі математичної оптимізації. Дана модель використовується для надання рекомендацій щодо того, який інструмент візуалізації повинен використовуватися для відображення певного ключового показника ефективності на приладовій панелі, що відповідає певній ролі користувача. Розглянуто інформаційну технологію, що реалізує запропоновану модель, а також отримані результати перевірки працездатності запропонованого програмного рішення та їх обговорення

Визначення впливу відхилень товщини композитного матеріалу на фізико-механічні характеристики при локальному порушенні його суцільності

In the period of technological preparation and initial stages of development in the mass production of composite products, there is a fairly large number and variety of technological defects. The rate of these defects often exceeds the permissible requirements of design documentation and therefore results in faulty products. The most characteristic technological defect for composite structures reinforced with continuous fibres or fabric materials is the deviation of the thickness of the moulded composite from its projective value. Another type of common defects is local violations of integrity in discrete volumes of polymer composite materials in the forms of pores and voids that appear when making their packages in technological forming equipment. The analysis and substantiation of the tolerance fields for these types of technological defects have been carried out. The tolerances on deflection of the thickness of the product being formed from the design value are established. It is shown that the input control determines the deviation of the thickness from the nominal value for a single-layered semifinished product. The deviation in the thickness of the package from the nominal includes the components that arise during its formation. These components are related to the integral deviations of the technological mode of formation (pressure, temperature, and time change) from those that are regulated by the relevant documentation. The analytical dependences are obtained for the reasonably defined assignment of tolerance fields for the physicomechanical properties of a polymeric composite material having a deviation in the thickness in the presence of local violations of continuity in the form of voids. In contrast to the existing models, the obtained dependencies have helped estimate the quality of technological processes of the formation of semifinished products and products made of polymer composite materials by the rate of defects of the considered class. An analysis of the influence of defects of this class on the physical and mechanical properties of the polymeric composite material has been carried out. It is shown that when using some reinforcing material with a passport field of tolerance, the value of the volumetric fibre content is always in its range. At the same time, the rejection of the bulk content of the binder may go beyond its passport field of tolerance.В период технологической подготовки и начальных стадий освоения в серийном производстве композитных изделий имеет место достаточно большое количество и разнообразие технологических дефектов. Уровень этих дефектов часто превышает допустимый по требованиям конструкторской документации и, следовательно, приводит до брака изделий. Наиболее характерным технологическим дефектом для композитных конструкций, армированных непрерывными волокнами или тканными материалами, является отклонение толщины формуемого композита от ее проектного значения. Другим видом характерных дефектов являются локальные нарушения целостности в дискретных объемах полимерных композиционных материалов в виде пустот, возникающих при формировании его паковки в технологической формообразующей оснастки. Статья посвящена анализу и обоснованию полей допусков на эти типы технологических дефектов. Установлены допуски на отклонение толщины формуемого изделия от ее проектного значения. Показано, что входной контроль определяет реализованное в препреге отклонение толщина от номинала для однослойного полуфабриката. Отклонение в толщине паковки от номинала включает составляющие, возникающие при ее формировании. Эти составляющие связаны с интегральными отклонениями технологического режима формирования (давление, температура и их изменение во времени) от регламентированного соответствующей документацией. Получены аналитические зависимости по обоснованному назначению полей допусков для физико-механических характеристик полимерного композиционного материала, имеющего отклонения в толщине, при наличии в нем локальных нарушений сплошности в виде пустот. В отличие от существующих моделей, полученные зависимости позволили оценить качество технологических процессов формирования полуфабрикатов и изделий из полимерных композиционных материалов по уровню дефектов рассмотренного класса. Проведен анализ влияния дефектов данного класса на физико-механические характеристики полимерного композиционных материала. Показано, что при использовании для изготовления изделия армирующей материала с паспортными полем допуска значение объемного содержания волокон всегда находится в его интервале. В то же время отклонение объемного содержания связующее может выходить за пределы своего паспортного поля допускаУ період технологічної підготовки і початкових стадій освоєння в серійному виробництві композитних виробів має місце досить велика кількість і різноманітність технологічних дефектів. Рівень цих дефектів часто перевищує допустимий за вимогами конструкторської документації і, отже, призводить до браку виробів. Найбільш характерним технологічним дефектом для композитних конструкцій, армованих безперервними волокнами або тканинними матеріалами, є відхилення товщини формованого композиту від її проектного значення. Іншим видом характерних дефектів є локальні порушення цілісності в дискретних об’ємах полімерних композиційних матеріалів у вигляді порожнин, що виникають при формуванні його паковки в технологічному формотворному оснащенні. Проведено аналіз і обґрунтування полів допусків на ці типи технологічних дефектів. Встановлено допуски на відхилення товщини виробу, що формується, від проектного значення. Показано, що вхідний контроль визначає реалізоване в препрезі відхилення товщини від номіналу для одношарового напівфабрикату. Відхилення в товщині паковки від номіналу включає складові, які виникають при її формуванні. Ці складові пов’язані з інтегральними відхиленнями технологічного режиму формування (тиск, температура та їх зміна в часі) від регламентованого відповідною документацією. Отримано аналітичні залежності щодо обґрунтованого призначення полів допусків для фізико-механічних характеристик полімерного композиційного матеріалу, що має відхилення в товщині, при наявності в ньому локальних порушень суцільності у вигляді порожнеч. На відміну від існуючих моделей отримані залежності дозволили оцінити якість технологічних процесів формування напівфабрикатів і виробів з полімерних композиційних матеріалів за рівнем дефектів розглянутого класу. Проведено аналіз впливу дефектів даного класу на фізико-механічні характеристики полімерного композиційного матеріалу. Показано, що при використанні для виготовлення виробу армуючого матеріалу з паспортними полем допуску значення об'ємного вмісту волокон завжди знаходиться в його інтервалі. У той же час відхилення об'ємного вмісту зв’язуючого може виходити за межі свого паспортного поля допуск

Effect of Heating Conditions during Moulding on Residual Stress–Strain Behaviour of a Composite Panel

Currently, we observe extensive use of products made of polymeric composite materials in various industries. These materials are being increasingly used to manufacture large-sized structural parts that bear significant loads. However, increase in the volume of composites used in critical structures is impeded by the instability of properties of the resulting products. In most cases, the reason for this is the residual thermal stress–strain behaviour of the composite structure. This paper deals with the development of a method to predict the residual stress–strain behaviour depending on the heating conditions and distribution of the temperature field over the thickness of the moulded composite package. The method establishes the relationship between moulding process parameters and the effect of the auxiliary and basic equipment on the distribution of the temperature field, stresses, and strains in the moulded product. It is shown that the rate of temperature change at the stage of heating has its effect on the amount of residual deformation of the structure. Experimental studies have been carried out to determine the influence of several factors (rates of heating and cooling) on the residual deflection of the composite panel. Experimental data proves that specimens moulded under conditions of an increased heating rate get a greater deflection than those moulded at a lower heating rate. The error of results during the full-scale experiment did not exceed 6.8%. Our results provide an opportunity to determine the residual thermal stress–strain behaviour of the moulded structure with the required degree of accuracy without a series of experiments. It allows us to significantly simplify the practical implementation of the developed method and avoid any additional production costs

Визначення впливу відхилень товщини композитного матеріалу на фізико-механічні характеристики при локальному порушенні його суцільності

In the period of technological preparation and initial stages of development in the mass production of composite products, there is a fairly large number and variety of technological defects. The rate of these defects often exceeds the permissible requirements of design documentation and therefore results in faulty products. The most characteristic technological defect for composite structures reinforced with continuous fibres or fabric materials is the deviation of the thickness of the moulded composite from its projective value. Another type of common defects is local violations of integrity in discrete volumes of polymer composite materials in the forms of pores and voids that appear when making their packages in technological forming equipment. The analysis and substantiation of the tolerance fields for these types of technological defects have been carried out. The tolerances on deflection of the thickness of the product being formed from the design value are established. It is shown that the input control determines the deviation of the thickness from the nominal value for a single-layered semifinished product. The deviation in the thickness of the package from the nominal includes the components that arise during its formation. These components are related to the integral deviations of the technological mode of formation (pressure, temperature, and time change) from those that are regulated by the relevant documentation. The analytical dependences are obtained for the reasonably defined assignment of tolerance fields for the physicomechanical properties of a polymeric composite material having a deviation in the thickness in the presence of local violations of continuity in the form of voids. In contrast to the existing models, the obtained dependencies have helped estimate the quality of technological processes of the formation of semifinished products and products made of polymer composite materials by the rate of defects of the considered class. An analysis of the influence of defects of this class on the physical and mechanical properties of the polymeric composite material has been carried out. It is shown that when using some reinforcing material with a passport field of tolerance, the value of the volumetric fibre content is always in its range. At the same time, the rejection of the bulk content of the binder may go beyond its passport field of tolerance.В период технологической подготовки и начальных стадий освоения в серийном производстве композитных изделий имеет место достаточно большое количество и разнообразие технологических дефектов. Уровень этих дефектов часто превышает допустимый по требованиям конструкторской документации и, следовательно, приводит до брака изделий. Наиболее характерным технологическим дефектом для композитных конструкций, армированных непрерывными волокнами или тканными материалами, является отклонение толщины формуемого композита от ее проектного значения. Другим видом характерных дефектов являются локальные нарушения целостности в дискретных объемах полимерных композиционных материалов в виде пустот, возникающих при формировании его паковки в технологической формообразующей оснастки. Статья посвящена анализу и обоснованию полей допусков на эти типы технологических дефектов. Установлены допуски на отклонение толщины формуемого изделия от ее проектного значения. Показано, что входной контроль определяет реализованное в препреге отклонение толщина от номинала для однослойного полуфабриката. Отклонение в толщине паковки от номинала включает составляющие, возникающие при ее формировании. Эти составляющие связаны с интегральными отклонениями технологического режима формирования (давление, температура и их изменение во времени) от регламентированного соответствующей документацией. Получены аналитические зависимости по обоснованному назначению полей допусков для физико-механических характеристик полимерного композиционного материала, имеющего отклонения в толщине, при наличии в нем локальных нарушений сплошности в виде пустот. В отличие от существующих моделей, полученные зависимости позволили оценить качество технологических процессов формирования полуфабрикатов и изделий из полимерных композиционных материалов по уровню дефектов рассмотренного класса. Проведен анализ влияния дефектов данного класса на физико-механические характеристики полимерного композиционных материала. Показано, что при использовании для изготовления изделия армирующей материала с паспортными полем допуска значение объемного содержания волокон всегда находится в его интервале. В то же время отклонение объемного содержания связующее может выходить за пределы своего паспортного поля допускаУ період технологічної підготовки і початкових стадій освоєння в серійному виробництві композитних виробів має місце досить велика кількість і різноманітність технологічних дефектів. Рівень цих дефектів часто перевищує допустимий за вимогами конструкторської документації і, отже, призводить до браку виробів. Найбільш характерним технологічним дефектом для композитних конструкцій, армованих безперервними волокнами або тканинними матеріалами, є відхилення товщини формованого композиту від її проектного значення. Іншим видом характерних дефектів є локальні порушення цілісності в дискретних об’ємах полімерних композиційних матеріалів у вигляді порожнин, що виникають при формуванні його паковки в технологічному формотворному оснащенні. Проведено аналіз і обґрунтування полів допусків на ці типи технологічних дефектів. Встановлено допуски на відхилення товщини виробу, що формується, від проектного значення. Показано, що вхідний контроль визначає реалізоване в препрезі відхилення товщини від номіналу для одношарового напівфабрикату. Відхилення в товщині паковки від номіналу включає складові, які виникають при її формуванні. Ці складові пов’язані з інтегральними відхиленнями технологічного режиму формування (тиск, температура та їх зміна в часі) від регламентованого відповідною документацією. Отримано аналітичні залежності щодо обґрунтованого призначення полів допусків для фізико-механічних характеристик полімерного композиційного матеріалу, що має відхилення в товщині, при наявності в ньому локальних порушень суцільності у вигляді порожнеч. На відміну від існуючих моделей отримані залежності дозволили оцінити якість технологічних процесів формування напівфабрикатів і виробів з полімерних композиційних матеріалів за рівнем дефектів розглянутого класу. Проведено аналіз впливу дефектів даного класу на фізико-механічні характеристики полімерного композиційного матеріалу. Показано, що при використанні для виготовлення виробу армуючого матеріалу з паспортними полем допуску значення об'ємного вмісту волокон завжди знаходиться в його інтервалі. У той же час відхилення об'ємного вмісту зв’язуючого може виходити за межі свого паспортного поля допуск

Influence of Geometric Parameters of Conical Acrylic Portholes on Their Stress–Strain Behaviour

Translucent elements in the form of truncated cones, which are made of organic glass, are widely used in the structures of portholes, submersible vessels, space vehicles, pressure chambers, teleboxes and other types of technical equipment. The decisive factor in designing portholes is to ensure the strength of their translucent elements. In order to reduce the weight of portholes and, accordingly, to increase the payload, it is necessary to optimise the geometric parameters of the translucent elements, which include the tapering angle and the ratio of thickness to radius of the smaller base. The paper deals with development of the applied (engineering) method for determining the stress–strain behaviour of the conical translucent elements of portholes made of organic glass under the action of a uniform hydrostatic pressure. Finite-element modelling of the translucent element of the conical porthole is performed, with the calculation of its stress–strain behaviour. External hydrostatic pressure of 10 MPa, absence of loads from the inside and continuous sliding of the translucent element with friction along the conical supporting surface of the porthole metal body are the boundary conditions for the computational model. Full-scale tests of translucent elements of portholes made of organic glass were performed under the action of uniform hydrostatic pressure. Analysis of the influence of geometric characteristics of the portholes on stress–strain behaviour showed that the increase in the tapering angle at the constant relative thickness of the translucent element reduced its axial displacement in all cases. Equivalent stresses acquire minimum values when the tapering angle is in the range from 75° to 105° (when the relative thickness increases, the optimal tapering angle becomes smaller). It is shown that the developed method for determination of the stress–strain behaviour of the conical translucent elements of portholes made of organic glass reflects the real picture of deformation and agrees with the results of full-scale tests. Results of the work allow us to choose the rational parameters of the translucent element for increasing the reliability of portholes through the creation of an effective distribution of stresses and strains in the translucent element, and improving its optical characteristics due to a relatively small deflection in operation

Stress–Strain Behaviour of Reparable Composite Panel with Step-Variable Thickness

There is an urgent problem of finding an economically viable method of maintenance and restoration of the bearing capacity of structures of various applications. Repair of structures with patches made of polymeric composite materials is one of the most promising repair technologies. However, an improper choice of parameters of the composite patch leads to unjustified increase in the structure mass and the cost of its further operation. These situations result from the lack of reliable methods for developing the repair process, which take into account the influence of the patch geometry and conditions for performance of repair works on the bearing capacity of the repaired structure. The mathematical model of the reparable composite shell–type panel taking into account inhomogeneity of transverse shear deformations at stepped variation of its thickness has been developed. In contrast to the classical theory of layered shells, the model allows simplifying a three-dimensional problem by setting of the displacement field on the layers’ interfaces and their linear interpolation over thickness of the panel, as well as considering the transverse shear deformations resulting from the strength, temperature, or shrinkage loading. According to results, the maximum rise in stresses in the case of a notched panel occurs in the weakened layer, and it is from this layer the failure of the structure will start. In the event of the patch, the panel surface opposite the reinforcement is the most loaded (i.e., susceptible to failure) surface. To confirm the reliability of the developed model, we compared the analytical calculations with the results of experimental and numerical studies of the deformed state of a panel of step–variable thickness by the method of holographic interferometry and modelling by the finite element method. Displacement fields available from experiments correspond to the predicted theoretical results. The resulting maximum error does not exceed 7%. The data obtained during numerical modelling allowed us to conclude that the accuracy of theoretical calculations is sufficient for engineering practice. Results of the work can be used to solve the practical problems such as determination of stress–strain behaviour of a damaged structure or structure after repair, specification of the permissible delamination dimensions, and defining of parameters of the bonded repair process

Effects of the Temperature–Time Regime of Curing of Composite Patch on Repair Process Efficiency

Repair procedures with the use of composite patches are considered to be the most effective among the current technologies of repair of the structures of various applications. In the process of moulding-on of a patch made of polymeric composite material by means of curing, technological stresses arise in the patch. Determination of residual technological stresses is a priority task for the modelling of the repair process. Reduction of residual stresses can be achieved by optimization of the mode of repair patch curing. For meeting this objective, the method for determination of technological stresses, which arise in the structure under repair in the process of curing of a composite patch, has been developed. The method takes into account the shrinkage, change in physico-mechanical characteristics, rheological processes occurring in the binder during moulding process, and determination of stresses in the structure under repair at any time. Therefore, premature failure of the repair joint at the stage of repair can be avoided. It is shown that the method adequately describes the level of deformations and stresses in the structure being repaired at the stage of heating and holding of the composite patch. Increase in the moulding temperature leads to a reduction in residual stresses in the structure under repair. However, current stresses at the stages of heating and temperature holding are increased significantly. Reliability of assumptions and developed method is confirmed by the comparison with the experimental data. The obtained experimental graph of total deformation of the composite patch allowed us to clearly determine the moment of residual stress occurrence in the structure under repair. This moment matches quite exactly (with the discrepancy not exceeding 5 min) the gel point determined analytically based on dependence of the degree of curing on the moulding mode. Consequently, the research together with the results previously obtained allows making an integrated choice of geometric parameters of the repair composite patch and temperature–time regime of its curing in order to ensure the specified level of strength and stiffness of the structure under repair