Расчет на прочность жесткость и устойчивость корпуса РКТ, с целью выбора оптимального материала для изготовления конструкции
Расчеты корпуса приборного отсека, ракетоносителя "Ангара", с вариацией материалов и выбором наиболее оптимального для изготовления данной конструкции. Расчет на прочность и устойчивость конструкции из углепластика, органопластика и стеклопластика.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 18.08.2018 |
Размер файла | 999,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Электронный научно-практический журнал «МОЛОДЕЖНЫЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» ИЮНЬ 2017 |
|
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ |
Размещено на http://www.allbest.ru/
Электронный научно-практический журнал «МОЛОДЕЖНЫЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» ИЮНЬ 2017 |
|
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ |
МФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЖЕСТКОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ КОРПУСА РКТ, С ЦЕЛЬЮ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ
Карташов А.А., Тумор С.В., Малашин А.А.
Аннотация
В процессе проектирования корпусов космических ракет наиболее важную часть имеет выбор материала, из которого будет изготовлена конструкция. Для того чтобы оптимально произвести данный выбор - требуется провести расчет на прочность жесткость и устойчивость методом конечных элементов. В данной работе представлены расчеты корпуса приборного отсека, ракетоносителя «Ангара», с вариацией материалов и выбором наиболее оптимального для изготовления данной конструкции.
Ключевые слова: прочность, жесткость, устойчивость, проектирование корпусов космических ракет.
Annotation
CALCULATION OF THE STIFFNESS AND STABILITY OF THE RKT BODY FOR STRENGTH IN ORDER TO SELECT THE OPTIMAL MATERIAL FOR THE CONSTRUCTION
Kartashov A.A., Tumor S.V., Malashin A.A.
In the process of designing space rocket shells, the most important part is the choice of the material from which the structure will be made. In order to optimally make this choice - it is required to calculate the strength of the rigidity and stability of the finite element method. In this paper, calculations are made for the body of the instrument compartment, the Angara launch vehicle, with the variation of materials and the choice of the most optimal for the construction of this structure.
Keywords: Strength, rigidity, stability, the design of space rocket shells.
Основная часть
ракетоноситель материал прочность устойчивость
Для того чтобы определить, какой материал использовать для изготовления отсека приборного ракетоносителя «Ангара» требуется произвести расчет на прочность жёсткость и устойчивость конструкции из углепластика, органопластика и стеклопластика.
Корпус отсека приборного представляет собой коническую оболочку из композиционных материалов в виде сетчатой структуры с верхним торцевым шпангоутом и 32 фитингами. Сетчатая структура состоит из спиральных и кольцевых ребер, выполненных из углеродного жгута. Верхний торцевой шпангоут служит для соединения корпуса отсека приборного с переходной системой для установки полезной нагрузки. Фитинги, расположенные внизу отсека с помощью болтов прикреплены к алюминиевому шпангоуту опорной фермы.
Общий вид конструкции представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 Общий вид конструкции
Для расчета выбирались 3 материала, с помощью которых можно реализовать изготовление этой конструкции:
- углепластик; - органопластик; - стеклопластик.
В таблице 1 приведены физико-механические характеристики материалов, используемых в расчете.
Таблица 1
Физико механические характеристики углепластика, органопластика и стеклопластика
Наименование |
Углепластик |
Органопластик |
Стеклопластик |
|
Модуль упругости в направлении армирования Е1, ГПа |
161 |
100,4 |
18 |
|
Коэффициент Пуассона m1 |
0,3 |
0,28 |
0,1 |
|
Предел прочности при сжатии в направлении армирования s-1, МПа |
480 |
237 |
225 |
|
Предел прочности при растяжении в направлении армирования s1, МПа |
850 |
241 |
141 |
Ребра сетчатой структуры корпуса отсека приборного описывали плоскими четырехузловыми ортотропными элементами. [1] Фитинги моделировали плоскими
четырехузловыми изотропными элементами. Модель приборного отсека в 32 точках прикреплена к опорному шпангоуту. Опорный шпангоут закреплялся от линейных перемещений по всем степеням свободы. Общий вид конечноэлементной модели представлен на рисунке 2.
Рисунок 2 Общий вид конечноэлементной модели
Нагрузки были приложены на верхний шпангоут отсека приборного посредствам жесткого элемента (MPC) [2]. Конструкция рассчитывалась на два вида нагружения:
- максимальное сжатие действующее на конструкцию - осевая сжимающая сила T = -30 тс, и боковая сила Q = 20 тс;
- максимальное растяжение действующее на конструкцию - осевая растягивающая сила T = 30 тс, и боковая сила Q = 20 тс.
При расчетном случае максимальное сжатие - максимальные сжимающие напряжения возникают в зоне опорного шпангоута в спиральных ребрах в случае конструкции из органопластика и углепластика (рисунок 3), в случае конструкции из слеклопластика напряжения возникают в зоне фитингов (рисунок 4).
Рисунок 3 Максимальные сжимающие напряжения, возникающие в зоне опорного шпангоута в случае углепластиковой и органопластиковой детали
Рисунок 4 Максимальные сжимающие напряжения, возникающие в зоне опорного шпангоута в случае стеклопластиковой детали
В расчетном случае - максимальное растяжение зона максимальных растягивающих напряжений схожа с зоной при расчетном случае максимальное сжатие, а именно у углепластиковой и органопластиковой детали напряжения возникают в зоне опорного шпангоута, а у стеклопластиковой детали в зоне фитингов.
При расчетном случае - максимальное сжатие общее деформированное состояние корпуса отсека приборного для всех вариаций материалов в конструкции имеет схожий вид (отличаются только значения деформаций) и представлено на рисунке 5.
Рисунок 5 Общее деформированное состояние корпуса при максимальном сжатии
При расчетном случае - максимальное растяжние общее деформированное состояние корпуса отсека приборного представлено на рисунке 6.
Рисунок 6 Общее деформированное состояние корпуса при максимальном растяжении
На рисунках 5-6 синим цветом изображено исходное (недеформированное) состояние корпуса, а черным деформированное.
При расчетном случае - максимальное сжатие форма потери устойчивости корпуса отсека приборного для всех вариаций материалов в конструкции имеет схожий вид (отличаются только коэффициенты запаса устойчивости) и представлена на рисунке 7.
Рисунок 7 Форма потери устойчивости конструкции
Синим цветом на рисунке 7 изображено исходное, до потери устойчивости состояние корпуса, а черным форма потери устойчивости.
В таблицах 2 - 4 представлены результаты расчета на прочность жесткость и устойчивость данной контсрукции.
Таблица 2
Максимальные напряжения и соответствующие коэффициенты запаса прочности при расчетных случаях - сжатие и растяжение
Материалы, используемые в конструкции |
Расчетный случай - сжатие |
Расчетный случай - растяжение |
|||
Максимальные напряжения, у кгс/мм2 |
Коэффициент запаса прочности, з |
Максимальные напряжения, у кгс/мм2 |
Коэффициент запаса прочности, з |
||
Углепластик |
20,8 |
2,3 |
20,9 |
4,06 |
|
Органопластик |
20,1 |
1,2 |
20,1 |
9,8 |
|
Стеклопластик |
14,3 |
1,04 |
14,3 |
1,3 |
Таблица 3
Максимальные осевые и радиальные деформации при расчетных случаях - сжатие и растяжение
Материалы, используемые в конструкции |
Расчетный случай - сжатие |
Расчетный случай - растяжение |
|||
Осевая деформация, ео мм |
Радиальная деформация, ер мм |
Осевая деформация, ео мм |
Радиальная деформация, ер мм |
||
Углепластик |
1,06 |
1,53 |
1,06 |
1,53 |
|
Органопластик |
2,47 |
2,39 |
1,65 |
2,39 |
|
Стеклопластик |
8,03 |
1,21 |
8,06 |
1,21 |
Таблица 4
Минимальные коэффициенты запаса устойчивости для расчетного случая сжатие для конструкции с вариацией материалов
Материалы, используемые в конструкции |
Расчетный случай - сжатие |
|
Коэффициенты запаса устойчивости, зуст |
||
Углепластик |
2,23 |
|
Органопластик |
1,43 |
|
Стеклопластик |
0,27 |
Выводы
Проведенное исследование показало, что конструкцию наиболее эффективно изготавливать конструкцию из углепластика. Органопластик также подходит для изготовления конструкции, но этот материал обеспечивает уровень прочности меньше чем у углепластика. Стеклопластик не подходит для изготовления конструкции, так как конструкция теряет устойчивость от максимальных сжимающих нагрузок.
Список литературы
1. Шимкович Д. Г. Расчет конструкций в MSC.visualNastran for Windows // серия «Проектирование», издательство ДМК. Москва 2004.
2. Рычков С. П. Моделирование конструкций в среде MSC.visualNastran для Windows // серия «Проектирование и моделирование», издательство NT Press. Москва 2004.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Разработка конструкции химического аппарата с перемешивающими устройствами. Расчет обечаек, крышек корпуса аппарата на прочность и устойчивость, с учетом термо-стойкости и коррозионной стойкости материала. Выбор и расчет мешалки, муфты и подшипников.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 09.09.2013Технологический процесс изготовления корпуса, его чертеж, анализ технологичности конструкции, маршрут технологии изготовления, припуски, технологические размеры и режимы резания. Методика расчета основного времени каждого из этапов изготовления корпуса.
курсовая работа [3,6 M], добавлен 12.04.2010Особенности проектирования изделий из пластмасс. Проведение анализа конструкции детали "стакан-крепление для соединения конструкции", технических требований и условий её эксплуатации с целью формулирования требований к свойствам полимерного материала.
курсовая работа [541,0 K], добавлен 17.05.2013Расчет на прочность и устойчивость пера лопатки и диска рабочего колеса, лопаточного замка и корпуса камеры сгорания. Определение динамики первой формы колебаний пера лопатки. Описание конструкции узла компрессора низкого давления авиационного двигателя.
курсовая работа [828,1 K], добавлен 21.01.2012Описание конструкции самолета АН-148, его узлы. Прочностной расчет конструкции панели сопла гондолы двигателя, схема его нагружения. Технологический процесс приготовления связующего ЭДТ-69Н. Экономический эффект от внедрения композиционных материалов.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 13.05.2012Определение геометрических характеристик поперечного сечения бруса. Расчет на прочность и жесткость статических определимых балок при плоском изгибе, построение эпюры поперечных сил. Расчет статически не определимых систем, работающих на растяжение.
контрольная работа [102,8 K], добавлен 16.11.2009Назначение конструкции корпуса блока турбины. Технология изготовления деталей конструкции. Характеристика заготовительных операций. Техническое нормирование сборочных и сварочных работ. Определение технико-экономических показателей производства изделия.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 14.12.2011Описание и назначение конструкции "корпус питателя". Выбор материала для сварной конструкции, оборудования и инструментов. Обоснованный выбор способа сварки с учетом современных технологий. Технология изготовления и контроль качества сварной конструкции.
курсовая работа [460,8 K], добавлен 29.05.2013Описание работы центробежного насоса. Расчет элемента конструкции ротора. Инженерный анализ вала методом конечных элементов. Разработка каталога разнесенной сборки. Описание и назначение конструкции. Разработка технологического изготовления деталей.
дипломная работа [4,1 M], добавлен 09.11.2016Разработка вида корпуса кипятильника, определение габаритов аппарата и описание технологического процесса его изготовления. Обоснование марки стали, расчет её раскроя и выбор метода сварки. Составление и расчет операционной карты изготовления корпуса.
курсовая работа [502,5 K], добавлен 10.02.2014Эксплуатационные особенности, краткое описание конструкции и основные тактико-технические характеристики самолета АН-70. Общее описание конструкции крышки задней части мотогондолы и ее расчет на прочность. Технология и особенности изготовления детали.
дипломная работа [186,4 K], добавлен 13.05.2012Геометрические характеристики плоских сечений, зависимость между ними. Внутренние силовые факторы; расчеты на прочность и жесткость при растяжении-сжатии прямого стержня, при кручении прямого вала. Определение прочности перемещений балок при изгибе.
контрольная работа [1,9 M], добавлен 20.05.2012Анализ технологичности конструкции корпуса клапана. Выбор заготовки. Установление последовательности обработки поверхностей. Расчет припусков предельных размеров отверстия. Определение режимов резания. Проектирование приспособления для токарной операции.
дипломная работа [570,2 K], добавлен 23.04.2016Расчет балочного элемента конструкции на прочность и жесткость при изгибе и при растяжении-сжатии. Определение величин продольных сил на каждом расчетном участке балки. Определение мощности, вращающих моментов и угловых скоростей для всех валов привода.
курсовая работа [648,8 K], добавлен 21.04.2021Выбор материала конструкции, сварочных материалов, оборудования и инструментов. Организация рабочего места. Изучение технологической схемы изготовления конструкции. Деформации и напряжения при сварке. Контроль качества сварных соединений конструкции.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 21.01.2015Расчеты на прочность статически определимых систем растяжения-сжатия. Геометрические характеристики плоских сечений. Анализ напряженного состояния. Расчет вала и балки на прочность и жесткость, определение на устойчивость центрально сжатого стержня.
контрольная работа [1,5 M], добавлен 29.01.2014Назначение и описание конструкции аппарата емкостного ВКЭ1–1–5–1,0. Выбор основных конструкционных материалов для производства данного аппарата, прядок расчета на прочность, жесткость и устойчивость, подбор болтов и опор, конструкционных частей.
курсовая работа [428,3 K], добавлен 31.05.2010Требования к способам и технологии сварки. Процесс проектирования конструкции балки: подбор стали, определение из условия прочности сечения профилей. Расчет расхода сварочного материала. Основные правила техники безопасности при проведении работ.
курсовая работа [545,5 K], добавлен 03.04.2011Проведение выбора скорости движения груза, конструкции опор, ширины и толщины резинотканевой ленты, расчета окружной силы на приводном барабане, мощности привода с целью оценки прочности и жесткости основных узлов и деталей ленточного конвейера.
курсовая работа [86,1 K], добавлен 01.05.2010Технологический анализ конструкции детали. Составление вариантов плана изготовления детали и выбор наиболее целесообразного из них. Определение размеров развертки детали. Расчет полосы для вырубки заготовки. Расчет параметров пружинения материала.
курсовая работа [232,3 K], добавлен 13.08.2012