Автореферат (1025048), страница 3
Текст из файла (страница 3)
5, построены при различных структурахармирования стенки, а структура обшивки во всех случаях оставалась8[±60o/0o/±60o]. Здесь каждая линия показывает несущую способность текущеговарианта конструкции. Все графики несущей способности представляют собойломаные линии, составленные из отрезков, каждый из которых соответствуеткакому-либо механизму разрушения. Так несущая способность многостеночнойоболочки при малых значениях h/t определяется местной потерей устойчивостиобшивки, а при значительных – местной потерей устойчивости стенки.Проведено исследование различных постановок задачи оптимизацииконструкции. Оптимизация проводилась для нескольких вариантовварьирования параметров многостеночной оболочки.
В качестве целевойфункции во всех случаях выступал минимум массы конструкции, ограничениясводились к обеспечению заданной несущей способности. При варьированиитолщин обшивок и стенок учитывалось, что они должны содержать целое числомонослоев. Оптимизация проводилась методом глобального перебора по сетке.Анализ различных постановок оптимизационной задачи показал следующее: При сохранении квадратной клетки и одинаковых структур обшивок истенок возможности оптимизации ограниченны. При сохранении квадратной клетки и варьировании структур обшивок наклассе [±φ/0о/±φ] и стенок [±ψ] для низкомодульного материала массаконструкции уменьшается, причем это снижение гораздо больше длявысокомодульного материала. При раздельном варьировании h и t , обшивок [±φ/0о/±φ] и стенок [±ψ] длянизкомодульного материала весовой выигрыш увеличивается, хотя инезначительно.В четвертой главе изложены результаты исследования сравнительнойэффективности многостеночных и трехслойных несущих оболочек отсековракет-носителей и разгонных блоков.
Такой анализ проводится для типичногореального отсека разгонного блока, а также для целого класса отсеков,отличающихся условиями нагружения и требованиями к массе несущихоболочек.Для несущей оболочки разгонного блока «ДМ-SL» получены оптимальныеструктуры, свойства которых приведены в Таблице 1.Таблица 1.Результаты оптимизации несущей оболочки среднего переходника РБ «ДМ-SL»Проектные параметры и свойстваоптимальной конструкции(1)Толщина продольного слоя вобшивке 0, ммТолщина спирального слоя вобшивке , ммУгол армирования спиральныхслоев в обшивке , градМногостеночная оболочка Трехслойная оболочкаУглепластик Углепластик Углепластик Углепластикна основена основена основена основелентытканилентыткани(2)(3)(4)(5)0,100,100,40,80,20,8502654229Таблица 1.
(Продолжение)(1)(2)(3)(4)(5)0,40,8––101214111525,2––0,40,8––10121411102,3138,2111,6159,01,272,381,172,172,952,38––Запас общей устойчивости Pуст1,011,021,031,00Запас местной устойчивости Pуст.м(о)1,281,071,611,48Запас местной устойчивости Pуст.м(с)18,24,731,312,08Толщина спирального слоя в стенкес, ммВысота стенки или толщиназаполнителя h, ммШирина клетки t, ммТолщина спирального слоя в стенкес, ммВысота стенки или толщиназаполнителя h, ммМасса оболочки G, кгЗапас прочности обшивокЗапас прочности стенокPпр(о)Pпр(с)На Рис. 6 показаны зависимости массы оптимальной конструкциимногостеночной оболочки от заданной формы клетки. При построении этихграфиков задавалось соотношение t/h и проводилась оптимизация прочихпараметров. Видно, что зависимости имеют сложных характер; в них имеютсяразрывы, возникающие при появлении или исчезновении новых монослоев вобшивке и стенке.
Оптимальное соотношение высоты стенки и ширины клеткизависит от многих факторов, включая степень анизотропии исходного материала.б)а)Рис. 6. Зависимость массы оптимальной многостеночной оболочки изуглепластика на основе однонаправленной ленты (а) и углепластика на основеткани (б) от отношения ширины клетки к высоте стенки10Для проведения анализа предельных возможностей была выбранаоболочка средних габаритов, соответствующая отсеку ракеты или разгонногоблока среднего класса.
Для этой оболочки проводилось исследованиепредельных возможностей в координатах «минимум массы – максимумнесущей способности». Несущая способность определялась при нагруженииосевой сжимающей силой.На Рис. 7 показаны границы предельных возможностей длямногостеночных и трехслойных оболочек из различных углепластиков.Основное объяснение сложного характера приведенных кривых заключается вдискретном характере увеличения толщины обшивок и стенок, котороевозможно только путем прибавления целого числа слоев.Сравнительный анализ эффективности оптимальных оболочек позволяетсформулировать следующие выводы.– Для обеих рассмотренных конструктивных схем рост несущейспособности с ослаблением требований по массе происходит крайненеравномерно.
Это связано с дискретным характером изменения толщинмногослойных материалов; особенно сильно выражен этот эффект дляуглепластика на основе ткани.– В целом многостеночная структура оказывается эффективнее трехслойнойв рассмотренном диапазоне нагрузок и масс оболочки, хотя в некоторыхслучаях их эффективность близка. Это связано с большей адаптивностьюмногостеночной схемы за счет большего числа варьируемых параметров иотсутствием дополнительной массы клея.– Преимущество многостеночной схемы над трехслойной возрастает сувеличением нагрузок и ослаблением требований по массе.б)а)Рис.
7. Границы предельных возможностей в координатах«минимум массы – максимум несущей способности» для трехслойных (1) имногостеночных (2) оболочек: (а) – из высокомодульного углепластика наоснове однонаправленной ленты; б) – из углепластика на основе ткани11В пятой главе представлены методика и результаты экспериментальногоисследованиясегментовреальныхмногостеночныхоболочекпритермосиловом воздействии.
Задачей таких испытаний является имитацияштатной эксплуатации реальной конструкции с целью установить, сохранит линесущую способность образец, если общая сжимающая нагрузка, действующаяна него, и температура на нагреваемой обшивке образца изменяются всоответствии с заданными зависимостями.Целью поставленной задачи является экспериментальное исследованиехарактера деформирования и разрушения фрагментов несущей многостеночнойоболочки, и оценка их работоспособности в условиях температурного исилового воздействий, соответствующих штатной эксплуатации РН.Для достижения этой цели проведены два вида испытаний: исследованияхарактера деформирования и разрушения многостеночных образцов в условияходноосного сжатия при полном прогреве до заданной температуры иподтверждение работоспособности многостеночных образцов в условияхвоздействия одностороннего нагрева и сжимающей нагрузки, имитирующихстарт и полет ракеты-носителя «Протон».Рис.
8. Зависимость «средние напряжения – продольные деформации»по показаниям деформометра при комнатной и повышенной температуреНа Рис. 8 представлены типичные для каждой температуры зависимости«нагрузка – продольные деформации» по зарегистрированным деформометромданным. Для сравнения приведены показания деформометра для исследуемогообразца при последнем перед нагревом нагружении и при повышенной12температуре. Результаты измерения показывают, что средний модуль упругостина начальном участке нагружения для исследуемых образцов практически неизменяется при повышении температуры в исследованном диапазоне откомнатной до 190оС. Прочность же при повышении температуры сильноуменьшается.На Рис. 9 показана зависимость относительной прочности от температурыиспытания.
На Рис. 10 приведены отношения значений модуля упругости приповышенной температуре к модулю упругости при комнатной температуре попоказаниям деформометра. Эти данные подтверждают отсутствие влияниятемпературы на модуль упругости на начальном участке деформирования.Рис. 9. Зависимость относительнойпрочности от температурыРис. 10.
Зависимость относительныхзначений модулей упругости оттемпературы(точки – экспериментальные значения, линия – средние значения)При 140оСПри 170оСПри 195оСРис. 11. Типичный вид образцов после испытания на разрушениепри повышенной температуреНа Рис. 11 показан типичный вид образцов, разрушенных при повышеннойтемпературе. Можно заметить, что вид зон разрушения при повышениитемпературы существенно изменяется: чем выше температура, тем менее ярко13выражена зона разрушения. Это связано, по-видимому, с тем, что приуменьшении разрушающей нагрузки уменьшается энергия, накапливаемаяобразцом к моменту разрушения и реализуемая в расслоении итрещинообразовании. Это значит, что с увеличением температуры материалстановится менее хрупким.Испытания по оценке работоспособности фрагментов многостеночныхоболочек в условиях, близких к условиям реальной эксплуатации, проведены натрех образцах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
