moitvivt Моделирование, оптимизация и информационные технологии Modeling, Optimization and Information Technology 2310-6018 Издательство 10.26102/2310-6018/2025.51.4.021 1908 Разработка программного обеспечения для определения упругих характеристик многослойного композиционного материала Development of software for evaluating the elastic properties of multilayer composite materials 0000-0001-6986-4307 Бохоева Любовь Александровна Bokhoeva Lyubov Alexandrovna bohoeva@yandex.ru aff-1 Титов Вадим Андреевич Titov Vadim Andreevich i.titov.SCI@yandex.ru aff-2 Шатов Максим Сергеевич Shatov Maksim Sergeevich maksim.shatov.97@mail.ru aff-3 Таргашин Кирилл Владимирович Targashin Kirill Vladimirovich targashin_99@mail.ru aff-4 0000-0002-9466-2931 Мэй Шунчи Mei Shunqi rmeishunqi@vip.sina.com aff-5 Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления East Siberia State University of Technology and Management Бурятский государственный университет имени Доржи Банзарова Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления Dorzhi Banzarov Buryat State University East Siberia State University of Technology and Management Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления East Siberia State University of Technology and Management Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления East Siberia State University of Technology and Management Уханьский текстильный университет Wuhan Textile University 01 01 2026 1 1 10.26102/2310-6018/2025.51.4.021 Copyright © Авторы, 2026 2026 This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License

В статье рассматривается разработка программного обеспечения для автоматизированного расчета упругих характеристик многослойного композиционного материала (МКМ), применяемого в конструкциях, подверженных высокоскоростным ударным нагрузкам. Сформированный массив расчетных данных может быть использован для обучения и тестирования искусственных нейронных сетей, применяемых при прогнозировании баллистических характеристик МКМ, подвергающихся высокоскоростным ударным нагрузкам. Разработан алгоритм определения упругих характеристик пакета из композиционного материала, включая переход от определения объемной доли волокна и матрицы к свойствам однонаправленного композита и всего многослойного пакета в целом. Реализована оценка прочности по критерию Мизеса-Хилла и возможность пакетной обработки данных через Excel. Результатом программы является анализ укладки слоев из разных материалов, с разными толщинами, углами ориентации волокон в слое и с различным порядком расположения по толщине пакета отдельных слоев и будет использован для разработки комплексного подхода к проектированию композитных конструкций. Разработанное программное обеспечение может использоваться как самостоятельный инструмент для инженерного анализа, так и в составе комплексных систем численного моделирования. Полученные результаты позволяют значительно сократить время подготовки входных данных для численного моделирования и обеспечить более высокую точность начальных параметров.

This paper presents the development of software for the automated computation of the elastic properties of multilayer composite materials (MCM) intended for use in structures subjected to high-velocity impact loading. The generated array of calculated data can be used for training and testing artificial neural networks used in predicting the ballistic characteristics of MCM subjected to high-speed impact loads. An algorithm has been developed to determine the elastic characteristics of a composite laminate, encompassing the transition from fiber and matrix volume fractions to the properties of a unidirectional composite and subsequently to the full multilayered structure. The implementation includes strength assessment based on the Mises–Hill failure criterion, as well as support for batch data processing via Excel spreadsheets. The software provides analysis of stacking sequences comprising layers of various materials, thicknesses, fiber orientation angles, and through-thickness arrangements. The results will serve as a foundation for the development of an integrated approach to the design of composite structures. The developed software can be used as a standalone tool for engineering analysis or as part of integrated numerical modeling systems. The obtained results significantly reduce the time required to prepare input data for numerical simulations and ensure greater accuracy of initial parameters.

 упругие характеристики композит алгоритм определения упругих характеристик база данных укладка слоев elastic properties composite elastic properties determination algorithm database layer stacking Работа выполнена в рамках средств гранта РБ №505 на реализацию программы стратегического академического лидерства "Приоритет-2030». This work was supported by Grant No. 505 within the framework of the "Priority 2030" strategic academic leadership program. References Olivenko N.A., Kudryavtsev O.A., Ignatova A.V. Simplified Approach to Verification of Numerical Models for Deformation and Fracture Analysis of Structural Composite Subjected to High-Velocity Impact. Defect and Diffusion Forum. 2022;419:117–123. https://doi.org/10.4028/p-3ivuh1 Arias Á., López-Puente J., Loya J.A., Varas D., Zaera R. Analysis of High-Speed Impact Problems in the Aircraft Industry. In: Constitutive Relations under Impact Loadings: Experiments, Theoretical and Numerical Aspects. Vienna: Springer; 2014. P. 137–207. https://doi.org/10.1007/978-3-7091-1768-2_4 Pernas-Sánchez J., Pedroche D.A., Varas D., López-Puente J., Zaera R. Numerical Modeling of Ice Behavior Under High Velocity Impacts. International Journal of Solids and Structures. 2012;49(14):1919–1927. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2012.03.038 Olsson R., Juntikka R., Asp L.E. High Velocity Hail Impact on Composite Laminates – Modelling and Testing. In: Dynamic Failure of Composite and Sandwich Structures. Dordrecht: Springer; 2013. P. 393–426. https://doi.org/10.1007/978-94-007-5329-7_9 Meo M., Morris A.J., Vignjevic R., Marengo G. Numerical Simulations of Low-Velocity Impact on an Aircraft Sandwich Panel. Composite Structures. 2003;62(3–4):353–360. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2003.09.035 Anghileri M., Castelletti L.-M.L., Invernizzi F., Mascheroni M. A Survey of Numerical Models for Hail Impact Analysis Using Explicit Finite Element Codes. International Journal of Impact Engineering. 2005;31(8):929–944. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2004.06.009 Artero-Guerrero J.A., Pernas-Sánchez J., Martín-Montal J., Varas D., López-Puente J. The Influence of Laminate Stacking Sequence on Ballistic Limit Using a Combined Experimental/FEM/Artificial Neural Networks (ANN) Methodology. Composite Structures. 2018;183:299–308. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.03.068 Qiu Ch., Han Yu., Shanmugam L., et al. A Deep Learning-Based Composite Design Strategy for Efficient Selection of Material and Layup Sequences from a Given Database. Composites Science and Technology. 2022;230(2). https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2021.109154 Fernández-Fdz D., López-Puente J., Zaera R. Prediction of the Behaviour of CFRPs Against High-Velocity Impact of Solids Employing an Artificial Neural Network Methodology. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2008;39(6):989–996. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2008.03.002 Sorour Sh.S., Saleh Ch.A., Shazly M. A Review on Machine Learning Implementation for Predicting and Optimizing the Mechanical Behaviour of Laminated Fiber-Reinforced Polymer Composites. Heliyon. 2024;10(13). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e33681 Бохоева Л.А., Балданов А.Б., Рогов В.Е. Особенности межслойного разрушения при ударном нагружении композиционных материалов с переменным углом укладки слоев. Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. 2024;(2):50–60. https://doi.org/10.17804/2410-9908.2024.2.050-060 Riccio A., Caputo F., Di Felice G., Saputo S., Toscano C., Lopresto V. A Joint Numerical-Experimental Study on Impact Induced Intra-Laminar and Inter-Laminar Damage in Laminated Composites. Applied Composite Materials. 2016;23(3):219–237. https://doi.org/10.1007/s10443-015-9457-0 Бохоева Л.А., Балданов А.Б., Рогов В.Е. Математическое моделирование потери устойчивости локальных расслоений, полученных в результате скоростного удара. Инженерный журнал: наука и инновации. 2022;(12). https://doi.org/10.18698/2308-6033-2022-12-2233 Бохоева Л.А., Дамдинов Т.А. Определение критических нагрузок энергетическим методом с учетом деформаций сдвига. Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. 2006;(1):3–7. Dos Santos Souza L.F., Vandepitte D., Tita V., De Medeiros R. Dynamic Response of Laminated Composites Using Design of Experiments: An Experimental and Numerical Study. Mechanical Systems and Signal Processing. 2019;115:82–101. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2018.05.022 Hashin Z. Failure Criteria for Unidirectional Fiber Composites. Journal of Applied Mechanics. 1980;47(2):329–334. https://doi.org/10.1115/1.3153664

The authors declare that there are no conflicts of interest present.