Балабух Л.И., Алфутов Н.А., Усюкин В.И. - Строительная механика ракет (1061784), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Величине р„- ~ О соответствует сжатие, а р„: О— отрыв сот от наружных оболочек. Предельные значения сил, при которых происходит потеря устойчивости элементов при сжатии и отрыв их от внешних слоев, определяют экспериментально. Силовые и температурные напряжения по-разному влияют на прочность наружных оболочек. Температурные напряжения в слоях само- уравновешены и оказывают влияние лишь на местные критические напряжения оболочки между сотами.
Разрушения оболочки, изго- товленной из пластического материала, от температурных напряжений обычно не происходит. На прочность наружных слоев влияет только силовая составляющая напряжений о, =о,=(р,— р,) —, Р (11.59) 4а Нагрузки в кольцевых элементах крепления днищ определяются соотношениями (11.44) и (11.45). В большинстве баков в кольцах возникают сжимающие напряжения. При определенном значении погонной нагрузки, действующей на кольцо (а =- а„„), оно, изгибаясь в окружном направлении, может потерять устойчивость.
Значение а„ критической нагрузки для не связанного с обшивкой кольца определяется формулой и' — 1 д =:ЕУ, ~з (11.60) где г — радиус кольца; Е3 — жесткость на изгиб. Зависимость (11.60) не может быть использована при расчете кольца бака, так как не учитывает поддерживающего влияния оболочек днища и обечайки, которое оказывается существенным для реальных конструкций. В литературе 1171 приведены результаты исследования устойчивости кольцевых элементов, соединяющих цилиндрическую обечайку с сегментом сферической оболочки.
Критическая нагрузка для системы кольцо — оболочка определяется соотношением (1 —,' и соя О,)' Х 1+р и12и (п-!-сои О,) — я1п~ О,] ЕН~!п Оо ) чп Оо+61Р (Х з!и Оо-,' 4п'+РР— (2п' — Р)' ' с Х я1п Оо (11.61) где ~/"24 (1 + „). ~ 1 1 "(п' — 1) ("~+Р) 1+ и 2п (и+соя О,) — з1п~ О 1 п~ (Е,1~г~)+ЕЕ / Е1 ~, ЕБ ~ Чнр п1п+(~НЕ) (!+п)1 ~ г~ п~ ) и'+ — '~. Здесь ЕБ — жесткость кольца на растяжение.
Соотношениями (11.60), и (11,62) при расчетах пользуются так же, как и при определении критического давления цилиндрической оболочки, т. е. задают различные числа волн и =- 2, 3, ... и ведут расчет до тех пор, пока не будут получены минимальные значения д„р. В ряде случаев критические нагрузки, получаемые по зависимостям (11.61) и (11.62), оказываются настолько 810 1 — длина цилиндрической обечайки; Я вЂ” радиус сферического днища; й — толщина стенки обечайки и днища (принята одинаковой). Расчеты показывают, что для реальных размеров баков число волн и, по которым теряет устойчивость кольцо, равно б,,...
8. Формула для определения критической нагрузки для кольца сферического бака, нагруженного радиальным усилием д, имеет вид большими, что соответствующие им напряжения значительно превь1- шают предел прочности а,. Тогда расчет колец приходится вести лишь на прочность при сжатии, используя зависимости (11,61) и (11,62) толь- ко для контроля. 3Ф: 5 11.5. Сфероидапьные и торообразные баки Расчет на прочность баков сложной формы связан с необходимостью применять численные методы при определении напряжений в конструкции.
Применительно к двум типам баков сфероидальным (рис. 11.13, а) и торообразным (рис. 11.13, б) рассмотрим последовательность определения меридиональных и окружных усилий. Геометрия оболочки может быть задана в виде таблиц координат меридиана (г;, х;). Рис. 11.13 Прежде всего необходимо найти радиусы кривизны оболочки, для чего в каждой точке меридиана определяют приращения величин г; и х; (рис. 11.14): Лг; =г;+,— г;, Лх; =хм,— х~. (11.63) Угловая координата 1-й точки находится из соотношений (5.4) О; = агс(д (Лх;/Лг;). (11.64) Длина дуги между Е-й и 1+1-й точками может быть определена по одной из двух зависимостей (11.65) Лз; = Лх;/з1п О;; Лз; = Лг соз О;, Приращение угловой координаты равно ЛО, =- О,,— О,, Эти соотношения позволяют подсчитать мерндиональный и окруж= ной радиусы кривизны: Я~; = ЛО1;Л.';; А'„= г;/з1п О;.
(11.66) И1 11ерейдем к определению сил 'Г, и Т,. Считая, что уровень жнд. кости для рассматриваемого расчетного случая характеризуется ве- личиной х„определим нормальную составляющую давления р„= р: при- х(х, р = р,; (11.67) при х) х, р = ро+п„у (х — х,). Индекс 1 = 0 присвоим точке, совпадающей с уровнем жидкости (рис. 11,15). Участку оболочки 1 (над уровнем жидкости) соответствуют индексы 1 = — 1, — 2, ..., участку П (ниже 1=-2 уровня жидкости) индексы 1 = 1, 2, Силы на участке 7 сфероидального бака (см.
рис. 11.13, а) определяются (см. ~ 5.3) только давлением наддува ро и местными радиусами г кривизны: В точке 1= О, Рис. 11,15 Т1о = — 1 Тоо =Ро Лоо 1 — — "~. (11.69) Ю1о ( Ниже уровня жидкости (участок П) силы находят с помощью урав- нений (5.32), (5.33). Приращение меридиональной силы для точки 1 равно ) ~озО; (1 1.70) Подставив~~сюда при 1 = О Т„и Т„из формул (11.69), определим ЬТ1о. Мерйдиональную силу в других точках находим из зависимости Т„+, - Т» + ЛТ». (11.71) Окружную силу Т, подсчитывают по формуле То1+1 =Я„+1 р,+и у(х;+,— хо) — "+']. (11.72) ~Ъ+11; С помощью приведенных уравнений можно найти силы во всех точках частка Псфероидального бака до точки разветвления (рис. 11.16, а). нутренние силы на участке П1 определяют в той же последовательности.
Начинать расчет удобнее с оси симметрии (точка а), где давление Ра = Ро + а~У (хо — хо). (11.73) Меридиональная и окружная силы одинаковы и подсчитываются по о муле ф Р Т1, =- Т„= р,й„/2. Далее используют соотношения (11.70) ... (11.72). Составляющие сил на участках П и 1П в точке Ь (рис. 11.16, б) равны реакции, с которой отсек Ю воздействует на бак в месте разветвления. Радиальная со- ставляющая д„реакции создает нормальную силу в соединительном шпангоуте, осевая д„— соответствует массе топлива, содержащейся в баке. Расчет торообразного бака (рис, 11.17) ведется в той же последовательности.
Вначале определяются силы Т, и Т, в точке а, где касательная кмеридиану нормальна к оси вращения. Полагая, что радиус Рис. 11.16 Рис. 11.17 кривизны меридиана здесь равен Я~„, силы в узкой зоне вблизи О = О определяем из соотношений (11.51) и (11.52). Для О = О и давления, определяемого формулой (11.73), силы равны Т1а = РОЙ1а + пх7 (ха хО) 7~1аь (11.74) 1 1 Тйа = 2 Ро 1~1а+ пх 7 (ха %)) 1~1а Соотношения (11.70) ... (11.72) позволяют найти силы Т, и Т, во всех точках оболочки ниже уровня жидкости. При х.
х„расчет ведется так же, но в уравнении (11.72) второе слагаемое в квадратных скобках приравнивается нулю. Необходимо иметь и виду, что для участка 117 положительной кривизны (рис. 11.17) угол О ) О и радиус кривизны Я, -: О. Участкам Пи1 соответствует О; Ои Я, < О. При этом возможно, чтопри больших значениях Я, (на близких к прямолинейным участках меридиана) могут возникнуть окружные сжимающие силы.
Чтобы этого избежать, нвобходпмо при проектировании бака выбирать в соотношении (11.72) величину Я,;+, такой, чтобы последнее слагаемое было больше первых двух. Расчет сил по приведенной схеме проводится для нескольких случаев нагружения, При этом определяют расчетный случай (как в ~ 11.2) и из условия прочности подбирают толщину стенки обечайки. Глава 12 РАСЧЕТ СУХИХ ОТСЕКОВ К сухим отсекам относят двигательные отсеки ракет с ~КРД, межбаковые отсеки, обтекатели, псреходныс отсеки, корпус ракеты с подвесньгмп баками.
Расчет каждой из этих конструкций имеет свои особенности. Однако в них и много оощего, что позволяет выделить типовые схемы расчета для различных вариантов конструкций. В этой главе излагаются основы проектировочных расчетов подкрепленных сухих отсеков. Дастся последовательность выбора продольных и поперечных силовых элементов для нескольких расчетных схем.
Рассматривается расчет переходных отсеков ферменной конструкции, В 12Л. Конструктивные схемы и нагрузки / У, М ~ 1 Т, = — ~ — + — соз ~р~~ —; 2пг л1 2 С05 т (12,1) 5==~ — ~ 1ду з1пф, / Я М ~ лг лг'- (12,2) где ср — угловая координата в окружном направлении; у — угол конусности; г — текущий радиус сечения конуса. От внешнего давления р в сечении отсека возникают окружные силы Конструкция сухих отсеков определяется назначением и общей компоновкой ракеты. Наибольшее распространение получили цилиндрические и конические отсеки, выполненные в виде оболочек вращения, подкрепленных силовым набором.
Некоторые конструкции переходных отсеков изготовляют из элементов ферм. Сухие отсеки слабо герметизированы, работают без наддува и нагружены силами реакции соседних отсеков корпуса ракеты и местным аэродинамическим давлением. В сечениях отсеков действуют изгибающие моменты М, нормальные силы Ж и перерезывающие силы 9. В расчетах отсеков на прочность необходимо учитывать температурное состояние конструкции, определяемое, в первую очередь, аэродинамическим нагревом. Сухие отсеки ракет, приспособленных к подводному старту, нагружены большим внешним давлением. Внешним давлением на активном участке полета нагружены и конические элементы переходных отсеков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
