Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Проектирование металло-композитных трубчатых стержней жестких элементов конструкций ракетной и космической техники

Диссертация: Проектирование металло-композитных трубчатых стержней жестких элементов конструкций ракетной и космической техники
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Разработаны численный метод проектировочного расчета трубчатых металло-композитных стержней, учитывающий упругость композитных труб, металлических законцовок, соединительных слоев, и аналитический метод оценки жесткости конусного механического зацепления. Разработана и научно обоснована конструктивно-силовая схема стержневого каркаса солнечных батарей, которая соответствует требуемым жесткостным… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Анализ каркасно-стержневых конструкций ракетной и космической техники
    • 1. 1. Конструктивные особенности
    • 1. 2. Анализ конструкций композитных трубчатых стержней
    • 1. 3. Обзор работ. Постановка задачи
  • 2. Расчет композитного трубчатого стержня с металлическими законцовками на жесткость
    • 2. 1. Модель деформирования клеевого соединения по конусу тонкостенных трубчатых стержней
    • 2. 2. Уравнения конусных клеевых соединений и трубчатых стержней
    • 2. 3. Разрешающая система уравнений
    • 2. 4. Модифицированный вариант метода дифференциальной прогонки
  • 3. Расчет на жесткость конусного механического зацепления
    • 3. 1. Модель деформирования конусного зацепления трубчатого стержня
    • 3. 2. Потенциальная энергия системы
    • 3. 3. Равновесие и устойчивость равновесия системы
    • 3. 4. Методика расчета
  • 4. Экспериментально-теоретическое исследование трубчатых металло-композитных стержней и конструкций
    • 4. 1. Исследование труб-тяг силовой рамы космического телескопа
    • 4. 2. Выбор конструктивных параметров консоли космического телескопа заданной жесткости

Проектирование металло-композитных трубчатых стержней жестких элементов конструкций ракетной и космической техники (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Развитие современной ракетной и космической техники сопровождается активным внедрением композиционных материалов (КМ), которые повышают весовую эффективность несущих конструкций за счет своих высоких характеристик прочности, жесткости, малой плотности и возможности формирования требуемых механических свойств в заданных направлениях. Особенно КМ полезны для элементов конструкций летательных аппаратов, к которым предъявляются требования по условиям жесткости. К таким конструкциям можно отнести силовые рамы каркасов космических телескопов, каркасы солнечных батарей, системы разделения головных обтекателей ракет-носителей. Общим в этих конструкциях является наличие силовых трубчатых стержней-тяг. Вопросам проектирования трубчатых стержней и компоновке на их основе каркасных конструкций и посвящена диссертационная работа.

Цель диссертации — разработка методов расчета на жесткость металло-композитных трубчатых стержней-тяг и экспериментально-расчетных методов проектирования каркасных конструкций.

Научная новизна работы.

1. Разработан и научно обоснован вариант адаптивной конструкции силовой рамы каркаса космического телескопа, включающий консоли коробчатого сечения, задающие жесткость, и упругие параллелограммы, образованные стержнями-тягами, обеспечивающие стабильность относительного расположения концевых блоков с оптическими элементами.

2. Разработана и научно обоснована конструктивно-силовая схема каркаса солнечных батарей с заданными жесткостными свойствами, оптимальная по массе, собранная из металло-композитных стержней.

3. Найдены конструктивно-технологические решения металло-композитных трубчатых стержней требуемой жесткости применительно к тягам силовой рамы космического телескопа, к каркасу солнечных батарей, к механизму разделения продольного стыка головных обтекателей ракет-носителей.

4. Разработаны численный метод проектировочного расчета трубчатых металло-композитных стержней, учитывающий упругость композитных труб, металлических законцовок, соединительных слоев, и аналитический метод оценки жесткости конусного механического зацепления.

5. Результаты статических, вибрационных и климатических испытаний созданных композитных трубчатых стержней с металлическими закон-цовками.

Публикации и апробация работы.

Результаты исследований отражены в работах [74^-89] и докладывались на конференциях:

1. Научные чтения по авиации, посвященные памяти Н. Е. Жуковского. Военный авиационный технический университет (ВВИА) им. Н. Е. Жуковского. — Москва, 2002 г.

2. V Всесоюзный симпозиум по механике конструкций из КМ. — Миасс, 1986 г.

3. Научно-техническая конференция ГКНПЦ им. М. В. Хруничева. — Москва, 1986 г.

4. 51-я Научно-техническая конференция МИРЭА. — Москва, 2002 г. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка цитируемой литературыизложена на 103 страницах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

По работе сделаны следующие выводы :

1. Создан и научно обоснован вариант адаптивной конструкции силовой рамы каркаса космического телескопа, который обеспечивает при эксплуатации заданную жесткость силовых элементов оптики.

2. Разработана и научно обоснована конструктивно-силовая схема стержневого каркаса солнечных батарей, которая соответствует требуемым жесткостным свойствам при снижении массы на 30% по сравнению с трехслойными аналогами.

3. Найдены конструктивно-технологические решения металло-композитных трубчатых стержней для тяг силовой рамы космического телескопа, для каркаса солнечных батарей, для механизма разделения продольного стыка головного обтекателя ракеты-носителя, оптимизированные с помощью расчетных и экспериментальных методов.

4. Разработаны методы расчета жесткости металло-композитных трубчатых стержней с учетом упругости клеевого слоя и с учетом конусного механического зацепления, которые позволяют решать задачи проектирования комбинированных стержней жестких элементов нагруженных конструкций.

5. Проведены испытания, подтвердившие работоспособность созданных металло-композитных трубчатых стержней применительно к силовым конструкциям ракетной и космической техники.

Показать весь текст

Список литературы

  1. H.A., Зиновьев П. А., Попов Б. Г. Расчёт многослойных пластин и оболочек из композиционных материалов. — М., Машиностроение, 1984.-446с.
  2. С.А. Общая теория анизотропных оболочек. М., Наука, 1974.-446с.
  3. В.В., Новичков Ю. Н. Механика многослойных конструкций. -М., Машиностроение, 1980. 375с.
  4. В.В. Механика конструкций из композиционных материалов. -М., Машиностроение, 1988. 272с.
  5. Э.И., Куликов Г. М. Многослойные армированные оболочки: Расчёт пневматических шин. М., Машиностроение, 1988. — 288с.
  6. В.Е., Карпов Я. С., Русин М. Ю. Механика волокнистых композиционных материалов. Учеб. пособие. Харьков, Харьковский авиационный институт, 1991 — 98с.
  7. А.К., Тамуги В. П., Тетере Г. А. Сопротивление полимерных и композиционных материалов. Рига, Зинатне, 1980. -572с.
  8. И.Ф., Васильев В. В., Бунаков В. А. Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов. М., Машиностроение, 1977. — 144с.
  9. Композиционные материалы: Справочник / В. В. Васильев, В. Д. Протасов, В. В. Болотин и др. М., Машиностроение, 1990. — 512с.
  10. Ю.Работнов Ю. Н. Механика деформируемого твёрдого тела. М., Наука, 1998.-712с.
  11. И.Скудра A.M., Булаве Ф. Я. Прочность армированных пластиков. М., Химия, 1982.-214с.
  12. Композиционные материалы: В 8 ми .т. Пер. с англ. /Под ред. Браутмана J1. и Крока Р. // Механика композиционных материалов. /Под ред. Дж. Сендецки. — М., Мир, 1978. — Т. 2. — 564с.
  13. Композиционные материалы: В 8 ми .т. Пер. с англ. /Под ред. Браутмана Л. и Крока Р. // Применение композиционных материалов в технике. /Под ред. Нотона Б. С — М., Машиностроение, 1978. — Т.З. -512с.
  14. Композиционные материалы: В 8 ми .т. Пер. с англ. /Под ред. Браутмана JI. и Крока Р. // Анализ и проектирование конструкций. /Под ред. Чамиса К. — М., Машиностроение, 1978. — Т.7. — 4.1. — 342с.- Т.8. -Ч.И. — 264с.
  15. Справочник по композиционным материалам: В 2 кн. //Пер. с англ. А. Б. Геллера и др.: Под ред. Дж. Любина. М., Машиностроение, 1988. -Кн.1. — 448с.- Кн. 2.-584с.
  16. А.Л. Композиционные материалы, процессы и оборудование для механизированного формования элементов корпусных конструкций. Обзор. Л., ЦНИИ «Румб», 1977. — 77с.
  17. Технологические напряжения и деформации в композитных материалах. Учеб. пособие /А.Н.Гузь, В. Г. Томашевский, Н. А. Шульга, B.C. Яковлев. Киев, Высшая школа, 1988. — 270с.
  18. Ю.П. Механика пластин и оболочек при контактных воздействиях. Автореф. дис. докт. Физ. мат. Наука — Казань, КГУ, 1980.-24с.
  19. В.Н. Теория клеевых соединений. //Сообщения АН Грузинской ССР, 123, № 1. 1986. -с.41−44.
  20. .Л., Марчук М. В., Когут И. С. Исследование прочности и проектирование клеевого соединения цилиндрических элементов из металла и армированного полимерного материала. // Механика композитных материалов. 1992. — № 3. — с.370−376.
  21. В.В., Сироткин О. С. Соединения конструкций из композиционных материалов. М. Машиностроение, 1985. — 166с.
  22. A.C., Турусов P.A. Свойства и расчёт адгезионных соединений. М., Химия, 1990. 256с.
  23. Ю.С. Вопросы конструирования клеевых соединений элементов из полимерных композиционных материалов. //В сб.: Технология. Сер. Конструкции из композиционных материалов, 1991. -вып. 2. с.25−29.
  24. Э. Адгезия и адгезивы. Наука и технология. /Пер. с англ. М., Мир, 1991.-c.484.
  25. В.И. Строительная механика конструкций космической техники. Учебник. -М., Машиностроение, 1988. 392с.
  26. Г. А. Напряжённые элементы конструкций летательных аппаратов из композиционных материалов. М., Машиностроение, 1993.-224с.
  27. Формостабильные и интеллектуальные конструкции из композиционных материалов. /Г.А. Молодцов, В. Е. Биткин, В. Ф. Симонов, Ф. Ф. Урмансов. М., Машиностроение, 2000. — 352с.
  28. О.Н., Мухин Н. В., Климакова Л. А. Высокоэффективные композитные конструкции для техники XXI века. //Наука -производству. 1999. № 9. -с.43−48.
  29. Инженерный справочник по космической технике. //Под ред. A.B. Солодова. М., Воениздат, 1977. — 430с.
  30. Создание прецизионных конструкций из углепластиков для уникальных крупногабаритных изделий космического применения: Отчёт по НИР/ОНПП «Технология" — Рук. Буш A.B. -12−240 970 001- Гос. Рег.№У82 701- Инв. № Г35 661. Обнинск., 1997. — 191с.
  31. И.М., Воробей B.B. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов: Учебник для вузов. М., издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1998. 516с.
  32. В. Н. Крысин М.В. Технологические процессы формования, намотки и склеивания конструкций. М., Машиностроение, 1989. -240с.
  33. В.В., Морозов Е. В., Татарников О. В. Расчёт термонапряжённых конструкций из композиционных материалов. М., Машиностроение, 1992. — 238с.
  34. Основы проектирования и изготовления конструкций летательных аппаратов из композиционных материалов. / Васильев В. В., Добряков A.A., Дудченко А. П. и др.- М., издательство МАИ, 1985. 218с.
  35. Н.В., Кобелев В. В., Рикардс Р. Б. Оптимизация элементов конструкции из композиционных материалов. М., Машиностроение, 1988.-224с.
  36. В.П., Новиков В. В., Суханов A.B., Лапоткин В. А. Трубчатый стержневой элемент. A.C. № 1 492 152.
  37. В.А., Суханов В. А., Новиков В. В. Трубчатая стержневая конструкция. -A.C. № 1 487 531.
  38. Ю.М., Хитров В. В. Стержни из композитов для ферменных конструкций. (Обзор). //Механика композитных материалов, 1986. № 2. с.258−268.
  39. Д.П. Конструирование и изготовление труб из композиционных материалов для работающих на сжатие конструкций. М., ВЦП, 1991. — Часть1. — с.36−51.
  40. И.Л., Василевский В. М., Пепелин B.C., Шемшурин М. В., Хитров В. В. Трубчатый стержень из волокнистого композиционного материала. Авторское свидетельство № 200 260, 1983.
  41. Разработка конструкции и технологии изготовления унифицированных тяг управления из композиционных материалов: Отчёт по НИР/ОНПП «Технология" — Руководитель Возякова Л. С. 1 224 188- № Г. Р.У56 441- Инв. № 1207. — Обнинск: ОНПП «Технология», 1990. — 130с.
  42. В.Н., Аккуратов И. Л., Оленин И. Г. Конструктивные особенности составных металлокомпозитных стержней рам и ферм //Авиационная промышленность. 1997. — № 3−4. — с.9−11.
  43. М.В. Разработка технологии изготовления трубчатых стержней из композитов для крепления криогенных баков: Кандидатская диссертация Рига, 1983. — 166с.
  44. В.Т., Цыбин Э. В., Соловьёва С. П. Конструкция и технология изготовления тяг управления из композиционных материалов // Авиационная промышленность. 1989. — № 8. — с.7−10.
  45. И.Н., Соколова Т. В., Карпейкин И. С. Влияние анизотропии материала на жесткость и прочность углепластиковых труб при кручении //Авиационная промышленность. 1976. — № 9. — с.57−59.
  46. Я.С. Проектирование и конструирование стержней из композиционных материалов: Учебное пособие. Харьков: Харьковский авиационный инстиут, 1996. — 40с.
  47. P.A. Zinoviev, A.A. Smerdov. Optimal design of composite bars for space fruss systems // Optimal design. Tehnomic publishing CO. Lancaster -Basel. 1999.-p.277−314.
  48. A.B., Лапоткин B.A. Проектирование стержневых пространственных конструкций из композитов. Аналитический обзор № 4656. М., ЦНИИИ. — 1988. — 72с. ДСП.
  49. В.Н. Комплекс программ KL-1 для проектирования соединений внахлёст композиционных стержней и цилиндрических оболочек // Вестник машиностроения. 1996. — № 5. — С. 17−19.
  50. А.О. Проектирование рациональных трубчатых стержневых конструкций из полимерных композиционных материалов с учётом конструктивно технологических особенностей соединений: Автореферат диссертации канд. техн. наук. — М., МАИ, 2001.
  51. В.В., Аккуратов И. Л. Несущая способность клеевых стержней из предварительно формованных элементов // Механика композитных материалов. 1988. — № 1. — С.94−99.
  52. В.В., Лапоткин В. А., Суханов A.B. Несущая способность многослойных составных трубчатых стержней из композитов // Механика композитных материалов. 1990. — № 1. — С.85−92.
  53. Н.И., Малмейстер A.A., Янсонс Ю. О. Методика испытаний трубчатых образцов из полимерных материалов при сложном напряжённом состоянии в условиях температурного воздействия // Механика композитных материалов. 1984. — № 1. — С. 131−135.
  54. В.Н. Расчётные модели комбинированных соединений в конструкциях летательных аппаратов // Авиационная промышленность. 1995. -№ 5−6.-С.8−16.
  55. Е.И., Новиков В. В., Суханов A.B. Исследование деформативности композитных стержней с концевой арматурой для ферменных конструкций // Механика композитных материалов, 1989. -№ 2. С.291−297.
  56. Г. Е., Игнатьев Б. Б., Чесноков В. В. Термические напряжения в стержневых изделиях из композитов, изготовленных методом спиральной намотки // Механика композитных материалов. 1987. -№ 2. — С.305−309.
  57. A.A. Разрушение композитных труб по форме «китайского фонарика» при нагрузке весового типа // Механика композитных материалов. 1999. — № 3. — С.319−324.
  58. И.Г., Хитров В. В., Аккуратов И. Л., Шемшурин М. В. Сжатие и кручение трубчатых композитных стержней из предварительно формованных элементов // Механика композитных материалов. 1984. № 1 — С.87−90.
  59. В.П., Новиков В .В., Суханов A.B. Жёсткость и прочность разъёмных соединений стержневых элементов из КМ // Механика композитных материалов. 1988. — С.102−108.
  60. В.Н. Сравнительный анализ конструкций одно и двухсторонних фитингов для композитных тонкостенных стержней // Авиационная промышленность. — 1995. — № 3−4.- С.28−31.
  61. В.Н. Напряжённое состояние клеевого слоя в законцовках тонкостенных стержней из композиционных материалов // Применение пластмасс в машиностроении: Сборник трудов / МВТУ им. Н. Э. Баумана.-М, 1986. С.30−36.
  62. И.Л., Василевский В. М., Пепелин B.C., Шемшурин М. В., Тарнопольский Ю. М. Законцовка стержня из композиционного материала. Авторское свидетельство № 220 523, 1984.
  63. Д.А., Гришин В. И., Голубева Н. В. Расчёт в трёхмерной постановке клеевого соединения с учётом пластичности клея // Труды ЦАГИ.-вып. 2638, 1998. -С.44−51.
  64. Д.М., Кадыров В. Х., Крылов Ю. В. Сравнительная оценка эффективности некоторых типов концевых узлов крепления трубчатых стержней из полимерных композитных материалов // Механика композитных материалов. 1980. № 5.- С.941−943.
  65. В.В., Суханов A.B., Лапоткин В. А. Соединения в стержневых конструкциях из композитов // Обзор № 5216 / ЦНИИИ и ТЭИ. -М. -1991.- 118с.
  66. А.П. Элементы теории оболочек. Л., Стройиздат. — 1987. -384с.
  67. В.JI. Механика тонкостенных конструкций. 1977. -М., Машиностроение, -488с.
  68. A.A. Явление прыжка в резьбовом соединении растянутой симметричной оболочки // Инженерный сборник. 1948. -т. IV. вып.2. -С. 10−23.
  69. О.С., Литвинов В. Б., Гришин В. И. Технология и механика соединений. -М., МАртика. 2000. — 314с.
  70. В.В. Труба оптического телескопа. A.C. № 983 625. — 1981.
  71. Н.П., Поляк B.C., Соколов А. Г. Труба оптического телескопа. A.C. № 640 228. — 1978.
  72. A.A. Труба телескопа. A.C. № 909 654. — 1982.
  73. B.C., Синкевич Ю. Б. Труба оптического телескопа. A.C. № 744 419.-1980.
  74. Ю.О., Кулага Е. С. Исследование деформативности клеемеханических нахлёсточных соединений элементов из углепластиков // В сб.: РК-техника НПО «Композит» — 1990. ДСП.
  75. Ю.О., Кулага Е. С., Громов С. Н. Исследование конструкции клеемеханической законцовки стержня из углепластика // В сб.: PK -техника НПО «Композит» — 1990. ДСП.
  76. Ю.О., Кулага Е. С., Петроковский С. А., Черняков Д. С., Зданович Ю. К. Проектирование высокостабильной силовой рамы применением композитных материалов. // В сб.: Труды V Всесоюзного симпозиума по механике конструкций из КМ. Миасс, 1986.
  77. Ю.О., Борисов А.П., Кулага Е. С., Петроковский С.А., Черняков Д. С. А. С. № 256 444. 1986.
  78. Бахвалов Ю.О. A.C. № 291 233.- 1987.
  79. И.М., Кулага Е. С., Бахвалов Ю. О. Методика проектирования геометрически стабильных конструкций. // Научнотехнический отчёт, № 222−88−45. -ГКНПЦ им. М. В. Хруничева. 1988. -77с.
  80. И.М., Бахвалов Ю. О. Экспериментальная отработка элементов из углепластика силовой рамы изделия 19Д // Научно -технический отчёт, № 222−19Д. -ГКНПЦ им. М. В. Хруничева. 1989. -170с.
  81. Ю.О., Селезнев И. И. Некоторые вопросы проектирования геометрически стабильной силовой рамы // В сб.: Труды НТК / КБ «Салют», М. -1986. ДСП.
  82. Ю.О., Кулага Е. С., Петроковский С.А. Авторское свидетельство № 273 716 1986
  83. Ю.О., Минаков A.B. Авторское свидетельство № 287 761 -1988
  84. Ю.О., Кулага Е. С. Применение углепластика в геометрически стабильной силовой раме. // В сб.: РК-техника НПО «Композит», -1986.
  85. Ю.О., Егорова Г. И. Проектирование корпуса оптической системы // В сб. Труды НТК / КБ «Салют». М. — 1986. ДСП.
  86. Ю.О. Несущая способность металло-углепластиковых стержней тяг // Полёт. — 2002. — № 6.
  87. В.Н., Бахвалов Ю. О. Расчётная модель клеевого соединения трубчатых стержней с механическим зацеплением // Авиационная промышленность. 2002. — № 4 (в печати).
  88. В.Н., Бахвалов Ю. О. Условия жёсткости конических соединений трубчатых стержней // 51-ая Научно техническая конференция МИРЭА: Тезисы докладов, г. Москва, 2002 г.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!