Данная работа посвящена исследованию напряженно-деформированного состояния (НДС) покрытия с применением углепластика в качестве материала для несущих элементов с целью уменьшения нагрузки от собственного веса. В ходе работы была создана расчетная модель покрытия из структурных стержневых систем, была получена оптимальная форма конструкции с помощью оптимизации топологии. С помощью программного комплекса Ansys ACP были созданы несущие элементы из полимерного композита, которые частично заменили несущие стальные элементы в исходной схеме. В композитных элементах были определены оптимальное количество и ориентация слоев полимерного композита с учетом НДС исходной металлической конструкции. Работа нацелена на исследование методики использования композитных конструкций в металлических каркасах в расчетных моделях метода конечных элементов (МКЭ). В основании проведенных исследований было выявлено, что применение композитного материала на основе углеродного волокна вместо стали при равных деформациях конструкции ведет к увеличению площади поперечного сечения элемента, но существенного снижает собственный вес элемента.

This work is devoted to the study of the stress-strain state of a coating using carbon fiber as a material for load-bearing elements in order to reduce the load from its own weight. In the course of the work, a calculation model of the coating from structural core systems was created, and the optimal design shape was obtained by the topology optimization. Using the Ansys ACP software package, structural elements from a polymer composite were created, which partially replaced the steel elements in the original circuit. In the composite elements, the optimal number and orientation of the layers of the fiber composite polymer were determined considering the stress-strain state of the initial metal structure. The work is aimed at studying the methodology for using composite structures in metal frames in computational models of the finite element method (FEM). Based on the studies, it was found that the use of a composite material based on carbon fiber instead of steel with equal structural deformations leads to an increase in the cross-sectional area of the element, but significantly reduces the dead weight of the element.