Диссертация (1025049), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки.Конструктивная схема многостеночной композитной оболочки, хотя и былапринципиально известна ранее, в настоящее время переживает новое рождение.Это связано с использованием перспективных технологий инфузии и инжекции[17, 58]. С точки зрения технологии изготовления многостеночные оболочки могут быть отнесены к интегральным панельным конструкциями [48], однако поособенностям своей несущей способности стоят ближе к трехслойным несущимоболочкам [5, 6, 26, 51].
Основными преимуществами данного типа конструкцийявляются технологичность, высокая массовая эффективность, высокие характеристики материала, реализуемые в конструкции, а также возможность достиженияразличных сочетаний свойств композитных структур в обшивках и стенках. Имеющиеся сегодня публикации в основном посвящены технологическим приемамизготовления таких конструкций, тогда как подробный анализ их свойств и особенностей применения отсутствует.В связи с этим тема диссертационной работы, требующая решения важнойнаучно-технической задачи, связанной с разработкой методики проектных расчетов многостеночных композитных силовых оболочек отсеков ракет-носителей,является актуальной.Цель и задачи работы.
Целью диссертации является разработка расчетныхметодик и проведение анализа несущей способности и оптимизации многостеночных композитных силовых оболочек отсеков ракет-носителей и разгонныхблоков.8 Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:1. сформулирована задача оптимального проектирования многостеночных несущих композитных оболочек по критериям минимизации массы и максимизации несущей способности;2.
разработаны вычислительные методики, расчетные алгоритмы и проведеночисленное исследование возможностей проектирования многостеночныхоболочек отсеков РН и РБ;3. проведена сравнительная оптимизация многостеночных несущих оболочеки трехслойных оболочек с сотовым заполнителем, разработаны рекомендации по рациональным областям применения каждого типа конструкций;4. проведены экспериментальные исследования характера деформирования иразрушения фрагментов многостеночных оболочек при воздействии температуры и силовой нагрузки и сформулированы выводы о возможности ихприменения в конкретных конструкциях РН.Научная новизна работы определяется следующим:1.
Разработаны методика, алгоритмы и программы для проектных расчетовмногостеночных оболочек. Предложенная методика продемонстрирована наконкретных примерах проектирования ракетно-космических конструкций.Впервые получены и исследованы оптимальные структуры типовых многостеночных несущих конструкций РН и РБ.2. Проведена оценка областей рационального применения многостеночных итрехслойных несущих композитных оболочек и даны рекомендации по повышению массовой эффективности несущих оболочек РКТ.3. Проведено экспериментальное исследование характера деформирования иразрушения и возможности сохранения несущей способности многостеночной оболочки в условиях воздействия одностороннего нагрева и сжимающей нагрузки, имитирующих старт и полет РН.Практическая ценность и внедрение.
Практическая значимость работыопределяется созданными расчетными алгоритмами и программами для ЭВМ и9 полученными с их помощью результатами расчетов оптимальных структур и областей рационального применения многостеночных композитных оболочек. Результаты работы могут быть использованы при проектировании несущих оболочек отсеков и обтекателей РН и РБ, корпусов космических аппаратов и иных несущих конструкций РКТ.Результаты работы внедрены в учебном процессе кафедры СМ1 «Космические аппараты и ракеты-носители» МГТУ им.
Н.Э. Баумана и могут быть рекомендованы для использования при оптимальном проектировании несущих оболочек летательных и космических аппаратов.Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях: XXXIII международная заочная научно-практическая конференции «Научная дискуссия: вопросы технических наук». М., 2015г. Международная научно-практическая конференция «Современные технологии и технический прогресс». Воронеж, 2015г. VII Всероссийская научно-практическая конференция «Научная дискуссия:гуманитарные, естественные науки и технический прогресс».
Ростов-НаДону, 2015г. Международная конференция с элементами научной школы для молодежи«Материалы и технологии новых поколений в современном материаловедении». Томск: Изд-во ТПУ, 2015г. IV Международная научная конференция «Фундаментальные исследованияи инновационные технологии в машиностроении». М., 2015 г. XLIX Научные Чтения памяти К.Э. Циолковского.
Калуга, 2015. Всероссийская научно-техническая конференция «Механика и математическое моделирование в технике». М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016.Публикации. Результаты диссертационной работы нашли отражение в 10научных трудах, в том числе 3 публикации в изданиях из перечня ВАК РФ.10 Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырехглав и заключения.Во введении проведено обоснование актуальности темы, сформулированацель и изложено краткое содержание диссертационной работы.Первая глава содержит описание существующих подходов к решению задачоптимального проектирования несущих композитных оболочек, а также методоврешения этих задач. В главе приведен обзор основных работ, посвященных проблемам оптимального проектирования типичных несущих композитных оболочекв ракетно-космической технике, таких как сетчатых, трехслойных с сотовым заполнителем, стрингерно-шпангоутных.
На основе обзора литературы сформулирована постановка задачи оптимального проектирования многостеночных композитных оболочек.Вторая глава посвящена разработке алгоритмов расчета и оптимальногопроектирования многостеночных оболочек. Рассматривается многостеночная цилиндрическая оболочка при действии внешних нагрузок. Ставится задача оптимального проектирования конструкции по критериям минимизации массы и максимизации несущей способности. Приведены формулы для расчета основныхмассово-упругих характеристик многостеночной оболочки, а также критерииоценки несущей способности многостеночной оболочки. Рассмотрены также постановка задачи и алгоритмы оптимального проектирования многостеночныхоболочек.Третья глава посвящена анализу влияния проектных параметров на несущую способность. Здесь на примере конкретного отсека разгонного блока исследовано влияние различных параметров на прочность и устойчивость многостеночной оболочки.
Построены области компромиссов, связывающие массу и несущую способность оптимальных конструкций.В четвертой главе рассмотрена сравнительная оптимизация многостеночных и трехслойных оболочек с сотовым заполнителем. Для каждой из них поставлена и решена задача оптимального проектирования по критериям минимума массы и максимума несущей способности. Проведено сопоставление результатов,11 позволившее выявить области предпочтительного применения каждого типа конструкций.
Исследование границ предельных возможностей показало, что конструктивная схема многостеночной оболочки является вполне конкурентоспособной для оболочечных конструкций ракетно-космической техники.В пятой главе изложены методика и основные результаты экспериментального исследования фрагментов многостеночных оболочек при термосиловомнагружении. Полученные результаты применены как исходные данные в расчетахнесущей способности многостеночных оболочек, и также даны полезные рекомендации о них применении в ракетно-космической технике.В заключении сформулированы основные выводы, полученные исходя изнаучных и практических результатов диссертации.122 ГЛАВВА 1.
ЗААДАЧИ ОПТИММАЛЬНООГО ПРООЕКТИРРОВАНИИЯ КОММПОЗИТННЫХ ОБООЛОЧЕЧЧНЫХ КОНСТРУУКЦИЙ РАКЕТННО-КОСММИЧЕСККОЙТЕХННИКИ (ОБЗОР)В настоящщее времяя углеплаастики нааходят шиирокое пррименениее в различчныхотрасллях промыышленности, особбенно прии проектиировании конструккций ракеетнокосмичческой теехники, гдег особуюю роль играютиихх масса и несущаяя способность.Рост ообъема ихх применнения в различныхрх сферах,, и частноости, в изделияхиРКТ,демонстрирует Рис. 1.1 [17,[35, 366, 41].Рисс. 1.1.
Стрруктура миирового потребленпния углеппластика поп отрасллям (2009гг.)ООсобенноостью воллокнистыых композзитов явлляется воззможностть управлленияих своойствами. Варьирууя структуурные парраметры (например(р, толщинны отделььныхслоев, углы ихх ориентацции, отноосительныые доли армирующащего маттериала и свяуь свойстввами матеериала [388, 104].зующеего и т.п.)), можно управлятьДДля поиска наилуччшего наббора проеектных паараметровв, включаающего в себяструкттурные и размернные, широоко испоользуется аппарат теории оптимальоьногопроекттированияя и методды оптимиизации.1.1. Заадачи и подходыпооптималььного проектировванияТТеория оптимальноного проеектированния конструкций получилаа наибольшееразвиттие в послледней тррети XX векавв свяязи с пояявлением мощной вычислиттельной теехники и развитиеем эффекктивных численнычых методоов оптимизации, излои13 женных в работах Аттеткова А.В., и др.
[8], Баничука Н.В., и др. [10, 12], Колмогорова Г.Л., Лежневы А.А. [33], Крегерса А.Ф., Мелбардиса Ю.Г. [37], Раджасекарана С., и др. [55], Растригина Л.A. [57], Химмельблау Д. [78], Хога Э., ApopыЯ. [79], W. Hansel, et al. [83], Wang K., et al. [97] и Zehnder N., Ermanni P. A [101].На основе оптимального проектирования появилась возможность значительноснизить вес конструкций, улучшить их механические характеристики.Из-за существенных различий характеристик, определяющих нагружение идеформирование проектируемых конструкций, и предъявляемых к ним требований, теорию оптимального проектирования отличает широкое разнообразие постановок задач.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
