Аннотация. Работа посвящена проблеме выбора рациональных зон подмоделирования при конечно-элементном анализе трехслойных конструкций с сотовым заполнителем. Применение численных методов в современном проектировании неизбежно сталкивается с дилеммой между точностью расчета и вычислительными затратами. Простое измельчение сетки для всей конструкции неэффективно, поэтому перспективным является метод подмоделирования, позволяющий детально исследовать лишь локальные зоны, граничные условия для которых берутся из глобального расчета. В качестве объекта исследования выбрана трехслойная панель с алюминиевыми несущими слоями и сотовым заполнителем, закрепленная болтами и нагруженная равномерно распределенной нагрузкой. Целью работы является выбор зон подмоделирования и определение их оптимальных размеров с учетом характера нагружения, условий закрепления и физики процесса. В теоретической части определены две ключевые зоны: центр панели (область максимальных перемещений) и зоны болтовых соединений (зоны повышенных локальных напряжений). Предложена методика определения размеров этих зон. Для центра критерием является подавление краевых эффектов (включение не менее 3–5 периодических ячеек). Для зон крепления размер в плоскости панели определяется длиной полуволны деформации (от болта до середины пролета), а в поперечном направлении – зоной затухания локальных напряжений по принципу Сен-Венана (1,5–2,5 характерного размера тела). Практические расчеты выполнены в два этапа: глобальный анализ с ортотропным эквивалентным заполнителем и последующий анализ подмоделей с восстановленной дискретной геометрией сот. Сравнение результатов подтвердило эффективность подхода. Расхождение в перемещениях между глобальной моделью и подмоделями не превысило 10 %, что говорит о корректности передачи граничных условий. В то же время максимальные эквивалентные напряжения в зоне крепления длинной стороны и в центре панели, полученные на подмоделях, превысили результаты глобального расчета на 138 % и 695 %, соответственно. Это демонстрирует, что учет реальной геометрии заполнителя критически важен для оценки прочности, так как выявляет перераспределение напряжений на элементы сотовой структуры. Разработанные рекомендации по выбору размеров зон подмоделирования позволяют создавать эффективные расчетные схемы, обеспечивающие высокую достоверность анализа локальной прочности при приемлемых вычислительных затратах, что особенно важно для аэрокосмической техники.

Ключевые слова: подмоделирование, трехслойная конструкция с дискретным заполнителем, сотовый заполнитель, метод конечных элементов, эквивалентный материал (структура), ANSYS Material Designer

Для цитирования: Артеменко Д. Е., Олейников А. Ю. К вопросу выбора зон подмоделирования для элементов с сотовым наполнителем // Аэрокосмическая техника и технологии. 2026. Т. 4, № 1. С. 215–228. https://doi.org/10.52467/2949-401X-2026-4-1-215-228; https://elibrary.ru/WJLUSV

Библиографический список
1. Надольский В. В. Статистические характеристики погрешности численных моделей несущей способности для стальных элементов. // Строительство и реконструкция. 2023: № 3(107). С. 17–34. https://doi.org/10.33979/2073-7416-2023-107-3-17-34
2. Kardak A. A. On an Efective Submodeling Procedure for Stresses Determined with Finite Element Analysis: LSU Doctoral Dissertations. 2015. 306. https://doi.org/10.31390/gradschool_dissertations.306
3. Силкина Л. А. Технология подмоделирования применительно к анализу элементов космического аппарата // Решетневские чтения: Материалы XXI Международной научно-практической конференции, посвященной памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М. Ф. Решетнева (09–12 ноября 2016, г. Красноярск). 2016. Т. 1. С. 455–457. https://elibrary.ru/XEAGALURL
4. Вайтеленок Л. В., Ковженкин В. С. Использование техники подмоделирования для сокращения временных затрат моделирования дистанционных датчиков магнитного поля // Вестник ИГЭУ. 2024. № 1. С. 53–59. https://doi.org/10.17588/2072-2672.2024.1.053-059
5. Нилов А. С., Галинская О. О., Краснов В. И. Анализ технологических особенностей изготовления трехслойных конструкций с пространственным заполнителем из композиционных материалов с реактопластичной матрицей // Аэрокосмическая техника и технологии. 2024. Т. 2, № 2. С. 24–51. https://doi.org/10.52467/2949-401X-2024-2-2-24-51; https://elibrary.ru/BQPGTE
6. Rayhan S., Rahman Md. M. Modeling elastic properties of unidirectional composite materials using Ansys Material Designer // Procedia Structural Integrity. 2020. Vol. 28. Pp. 1892–1900. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2020.11.012
7. Писарев П. В., Власов С. С., Роман К. В. Многоуровневый подход к численному прогнозированию эффективных упругих характеристик сотового заполнителя при различных температурах // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2023. № 73. C. 26–40. https://doi.org/10.15593/2224-9982/2023.73.03
8. Колыванова Д. А., Авферонок С. Э., Сятчихин А. А. Разработка модели замены свойств структуры сложной формы, работающей на растяжение и сжатие, с помощью свойств эквивалентных материалов // Инновационные технологии и технические средства специального назначения : Труды XVII общероссийской научно-практической конференции (Санкт-Петербург, 21–22 ноября 2024 года). СПб: БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова, 2025. Т. 1. С. 41–47. https://elibrary.ru/HVEYKF
9. Тун Лин Хтет, Просунцов П. В. Расчетно-теоретическое и экспериментальное определение физико-механических характеристик композиционных материалов многослойных силовых элементов фюзеляжа легкого самолета // Инженерный журнал: наука и инновации. 2024. № 10 (154). https://doi.org/10.18698/2308-6033-2024-10-2392; https://elibrary.ru/HMAFWE
10. Тестоедов Н. А., Наговицин В. Н., Пермяков М. Ю. Применение трехслойных сотовых конструкций в космических аппаратах // Сибирский аэрокосмический журнал. 2016. Т. 17. № 1. C. 200–211. https://elibrary.ru/VUSEAV
11. Ерасов В. С., Сибаев И. Г., Сутубалов А. И. Испытания образцов из трехслойных конструкций с сотовым заполнителем // Труды ВИАМ. 2025. № 10(152). С. 133–155. http://www.viam-works.ru https://doi.org/10.18577/2307-6046-2025-0-10-133-155; https://elibrary.ru/EXTZKG
12. Sun C. T., Vaidya R. S. Prediction of composite properties from a representative volume element // Composites Science and Technology, 1996. Vol. 56, no. 2, pp. 171–179. https://doi.org/10.1016/0266-3538(95)00141-7
13. Тихонов А. Н. Уравнения математической физики : Учеб. для студентов физ.-мат. спец. ун-тов. 7-е изд. М. : Изд-во МГУ, Наука, 2004. 798 с.
14. Горшков А. Г., Трошин В. Н., Шалашилин В. И. Сопротивление материалов: Учеб. пос. 2-е изд., исп. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. 544 с.
15. Лахтин Ю. М. Металловедение и термическая обработка : Учебник для втузов. М.: Металлургия, 1964. 471 с.