balabuh_l_i___alfutov_n_a___usyukin_v_i_ _stroitelnaja_mehani (523124), страница 59
Текст из файла (страница 59)
12.2 ванные отсеки рассматривают как конструктивно-ортотропные оболочки. Задача выбора профиля гофра состоит в том, чтобы обеспечить высокие местные критические напряжения плоских и скругленных элементов гофра. Гофрированные панели, применяемые в качестве обшивки и имеющие по краям силовые элементы, рассчитывают как конструктивно-анизотропные пластины или пологие оболочки. При ориентировке гофров вдоль действия сжимающей нагрузки удается получить весьма высокие критические напряжения. Относительные критические напряжения можно повысить до значения <т„р/<т, = 0,7 ... 0,8.
Для отсеков, нагруженных преимущественно осевым сжатием, конструкция с продольным направлением гофров является одной из наиболее эффективных в весовом отношении. На ракетах «Сатурн», «Центавр», «Атлас» широко применяют отсеки, целиком состоящие из гофров, а также конструкции в виде гофрированной обь инки, подкрепленной мощными лонжеронами. Переходный отсек между второй и третьей ступенями ракеты-носителя «Сатурн» (рис.12,2) [171 состоит иа двухсекционной цилиндрической оболочки длиной 1140 мм и диаметром ббЗО мм и конической оболочки длиной 1140 мм и диаметром верхней части 5560 мм.
Коническая часть спереди примыкает к баку окислителя третьей ступени, а цилиндрическая часть — к баку гор<очсго второй ступени. В конической части переходного отсека имеется восемь лонжеронов, равномерно расположенных по периметру. Между ними поставлено по семь лонжеронов меньшего сечения. Цилиндрический отсек имеет вдвое меньше продольных элементов. В торцовых сечениях конической и цилиндрической частей отсека, а 817 также в месте перехода конуса в Пилиидр поставлены замкнутые круговые шпангоуты. Примерно посредине длины каждого отсека установлены шпангоуты меньшей жесткости.
Шпангоуты в местах пересечения с лонжеронами скреплены болтами через фитинги. Обшивка — трехслойная из стальных листов (рис. 12.3). Наружный и внутренний листы имеют толщину 0,2 мм, промежуточный гофрированный слой из листа толщиной 0,05 мм пилообразного сечения приварен к этим листам в вершинах гофра. Каждый элемент продольного гофра гофрирован еще в поперечном направлении. Трехслойный лист суммарной толщиной 4 мм равен по весу сплошному стальному листу толщиной 0,535 мм, во имеетжесткость на изгиб в продольном направлении в 140 раз больше. При испытаниях этого трехслойного материала иа растяжение получено разрушающее напряжение 1000 МПа.
При сжимающих нагрузках вдоль гофров напряжения, соответствую. щие потере устойчивости, достигали 560 МПа при нормальной температуре. Рис. 12.3 Для отсеков, нагруженных осевыми силами и давлением, целесообразно применять сотовыи кояструк14ии. Они широко используются как в основных, так и во вспомогательных элементах корпуса носителей и космических аппаратов. Преимущество сотовых панелей, состоящих из листов, прикрепленных сваркой или склеиванием к двум сторонам заполнителя малого веса, заключается в большой жесткости и хорошей местной устойчивости таких панелей, Обычно при проектировании рассчитывают сплошную или каркасную конструкцию, а затем преобразуют ее в эквивалентную конструкцию с сотовым заполнителем. В качестве заполнителя применяют металлы и пластмассы. Наиболее рациональная форма ячеек заполнителя для изотропно нагруженных отсеков — шестигранные соты и вафли.
Обшивки и заполнитель в сотовых конструкциях, применяемых при высоких температурах, целесообразно делать из одного материала во избежание больших местных термических напряжений. Сотовые панели применяют для обтекателей, перегородок и других элементов, где требуется легкая, но жесткая конструкция. Кабина космонавтов космического аппарата «Аполлон» состоит из панелей сотовой конструкции толщиной 12,7 мм, толщина наружных листов по 2,23 мм. Материал панели — нержавеющая сталь. Наружные листы соединены с сотами с помощью сварки. Корпус двигательного отсека также состоит из оболочки сотовой конструкции с толщиной панелей 51 мм. Толщина наругкного и внутреннего листов по 1,27 мм. Материал сот и внешних листов — алюминиевый сплав.
В качестве переходных отсеков, расположенных у стыка ступеней ракеты, иногда применяют стержневые конструкции, являющиеся элементами фермы, Подобные отсеки способны передать все компонен- ты нагрузки с одной ступени на другую. ф 42.2. Стрингерные, панельные и лонжеронные отсеки Рациональной конструкцией сухого отсека, работающего в основном на осевое сжатие, является оболочка, подкрепленная продольными и поперечными элементами. Сжимающая сила воспринимается оболочкой и продольными элементами. Назначение поперечных элементов— повысить устойчивость обшивки и стрингеров.
В зависимости от частоты установки подкрепляющих элементов и их жесткости возможны различные формы потери устойчивости. Форма потери устойчивости, при которой обшивка теряет устойчивость раньше подкрепляющих элементов,'показана на рис. 12.4,"а, форма потери устойчивости, со а) 1) ф) 1~пс, 12.4 провождающаяся изгибом стрингеров, — на рис. 12.4, б.
При непра вильной конструкции стрингера может происходить потеря местной устойчивости его элементов (рис. 12.4, в). Расчетные формулы для элементов конструкции отсека. Обычно длина панели обшивки (между соседними шпангоутами) больше ее ширины (между стрингерами). Поэтому определить критическое сжимающее напряжение панели можно, пользуясь приближенной формулой для длинной пологой цилиндрической панели с радиусом кривизны Я, толщиной Й и шириной (расстоянием между стрингерами) 1,: (12.7) Первое слагаемое здесь соответствует критическому напряжению сжатой цилиндрической оболочки. Коэффициент А„д определяют по формуле (11.8).
В предварительных проектировочных расчетах можно принять й,.„= 0,1. Второе слагаемое соответствует критическому напряжению длинной прямоугольной пластины. Коэффициент Й зависит от условий закрепления пластины, Минимальное его значение Й = = 4,0 соответствует шарнирно опертой пластине. При Ь = 4,0; й,„„= = 0,1; р = 0,3 формула (12.7) принимает вид а„р — — 0,1Š— '+ 3,6Е1 — 1 . (12.8) Критическое напряжение потери устойчивости изолиРованного сжатого стержня в упругой области определяют по формуле а„= с~т,'Е/Хв, (12.9) где Х = 1/р — гибкость стержня; / — длина стержня; р = Зг,ПЗ— радиус инерции сечения; с — коэффициент, зависящий от характера закрепления концов стержня (для шарнирно опертого стержня с = = 1,0, а для стержня с защемленными"концами с ='.4,0).
В~реальных конструкциях закрепление стержня, как правило, упругое, и значение коэффициента слежит между11,0и„'4,0. В предварительных проектировочных расчетах упругость заделки 1концов стержня учитывают, прис)и, Ь, нимая коэффициент с = 2,0. Рис. 12.5 Рис. 12.6 Формула (12.9) справедлива только для значений гибкости Х, соответствующей а„р ( а, „„, где а,, — предел текучести материала при сжатии.
Предельное значение гибкости, когда еще справедлива формула (12.9), ~т ~ )~ сЕ/ат.сж' (12.10) (12.13) При а > а,, происходит потеря устойчивости в пластической области и вместо формулы (12.9) можно пользоваться уравнением а„~ = слвЕ„М, (12.11) где Е, = да/йе — касательный модуль (рис. 12.5, а). Уравнение (12.11) соответствует расчетам по касательному модулю в теории не- упругой устойчивости стержней. Расчеты поэтому уравнению ведут графически.
Строят график зависимости Х = я ~'сЕ„/а„р (рис. 12.5, б). Если для данного материала нет диаграммы а — з для приближенных расчетов, можно пользоваться эмпирической формулой х акр ав (ав ав) (12.12) 1~т где а, — предел прочности. Сжатые плоские элементы стержня в упругой области рассчитывают на местную устойчивость по формуле для длинных пластин: где Ь вЂ” ширина элемента стержнц; Й вЂ” его толщина.
Для плоского элемента, ограниченного по краям двумя другими элементами (рис. 12.6, а), можно принять коэффициент й = 4,0, как для шарнирно опертой пластины. Для плоского элемента с одним свободным краем полки (рис. 12.6, б) 1=0,46, как для длинной пластины, одна сторона которой свободна, другая — шарнирно оперта. Расчет местной устойчивости элемента стержня за пределом упругости очень сложен и неточен. Надежные значения критических напря Рас. 12.7 жений обычно получают путем испытаний серии образцов.
Приближенно критическое напряжение местной потери устойчивости можно подсчитать по соотношению о„р — — о,— (о,— с,)— ь1ь (12.14) (ыа), ' где При этом для всех элементов стержня выполняется условие Г ' о, 12(1 — р,), Г о При А = 4,0 и й =- 0,46 соответственно получаем Ый ~ 1,9 )1Е~от и Мй ~ 0,64 Ь' Е~о,. (12. Б) Эти условия соответствуют рациональной конфигурации сечения любого тонкостенного стержня, когда можно не опасаться преждевременной местной потери устойчивости. Примеры поперечных сечений продольных элементов показаны на рис. 12.7. Расчет стрингерного отсека. К стрингерным конструкциям относится вариант, в котором толщина обшивки и расстояние между стрингерами выбраны так, что обшивка не теряет устойчивости до разрушения отсека.
Расчетное разрушающее напряжение сжатия для отсека равно 7~1рюки~(л~2)~+ 'Чс л)е (12.16) 321 где 1') — диаметр отсека; 11 — толщина обшивки; и — число стринге. ров; 5, — площадь сечения стрингера; Мр.„„— - расчетная эквивалентная сжимающая сила. Оптимальная в весовом отношении конструкция отсека соответствует максимальному значению расчетного разрушающего напряжения при заданной величине Ур,э„„. Оно определяется значением погонной сжимающей нагрузки 71 = /1/ре экая-1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
