The method for numerical investigation of the stress-strain state and the strength of thin-walled structural element in the process of loading by increasing internal pressure is elaborated. Constitutive equations of the theory of elasticplastic deformation of isotropic materials along the trajectories of small curvature, the relations of the theory of thin shells of revolution, the strength criteria, methods for solving of boundary value problems of plasticity and corresponding computer programs are used. Calculation results for the failure loading and experimental data confirmed the effectiveness of the developed mathematical model.

Рассмотрены экологические аспекты последствий взрыва ракеты-носителя в полете. Предложен методический подход к получению прогнозных оценок, связанных с определением характеристик капельного облака, образующегося при взрыве, количества попадающих в атмосферу паров токсичных компонентов ракетных топлив, зоны выпадения неиспарившихся компонентов ракетных топлив и их количества. Полученные оценки позволяют оперативно оценить экологические последствия взрыва с учетом конкретных метеоусловий и характеристик ландшафта вдоль трассы полета ракеты-носителя, а также разработать рациональный комплекс мероприятий по ликвидации или компенсации экологического ущерба.

Предложен метод расчета величин внутренних разрушающих статических давлений, действующих на баки ракетоносителей. Основным элементом бака ракетоносителя является цилиндрическая оболочка усиленная изнутри стрингерами и шпангоутами. Задача решается в два этапа. На первом этапе рассчитывается напряженно-деформируемое состояние бака. На втором этапе - в самое напряженное место бака устанавливается трещина и определяется коэффициент интенсивности напряжений. Для его расчета численно решается система четырех сингулярных интегральных уравнений. Для расчета напряженно-деформированного состояния бака предлагается использовать полуаналитический метод конечных элементов.

Исследованы колебания конических обтекателей ракет-носителей, подкрепленных шпангоутами, в сверхзвуковом газовом потоке. Обтекатели моделировались тонкими коническими оболочками, усиленными внутренними кольцами. Проведен анализ потери динамической устойчивости конструкции, соответствующей бифуркации Хопфа. Для исследования динамической неустойчивости конических оболочек со шпангоутами в сверхзвуковом газовом потоке применен метод заданных форм. Давление, действующее на оболочку, описывается поршневой теорией. Кинетическая и потенциальная энергии конструкции представляются зависящими от компонент вектора перемещений оболочки. Для исследования динамической неустойчивости оребренных оболочек в сверхзвуковом газовом потоке получены модели с конечным числом степеней свободы. Аэроупругие колебания оболочки представляются в виде укороченного ряда по собственным формам колебаний, которые находятся с помощью метода Релея - Ритца. Анализ свободных колебаний конических оболочек с различным числом шпангоутов показал, что оребрение увеличивает величины собственных частот более чем в 2 раза. Увеличение числа шпангоутов с 5-ти до 7-ми не влияет на первые 3 собственные частоты колебаний конструкции. Число узлов первой собственной формы конструкции со шпангоутами в полтора раза больше, чем число узлов той же формы колебаний конструкции без шпангоутов. Критическая частота автоколебаний, в основном, значительно выше первой собственной частоты конструкции. Эти частоты близки для конической оболочки с 3-мя шпангоутами. Частота автоколебаний меньше первой собственной частоты конструкции с 5-ю и 7-ю шпангоутами. Частоты автоколебаний и первая собственная частота конструкции не изменяются, если число шпангоутов увеличивается от 5-ти до 7-ми.

Рассмотрены аэроупругие колебания обтекателей ракет-носителей, которые являются параболическими или коническими оболочками. Такие оболочки усиливаются изнутри стрингерами и шпангоутами. Исследуется динамическая неустойчивость таких конструкций в сверхзвуковом газовом потоке, который описывается поршневой теорией.

The mathematical model for investigation of the thermoelastoplastic stress-strain state and the strength of the rocket technique systems under the repeated starting is proposed. The thermal conductivity equation and constitutive equations of thermoplasticity for the repeated elasticplastic deformation processes of isotropic materials along small-curvature paths, the strength and low-cyclic fatigue criteria, numerical methods for solving the boundaryvalue heat conduction problems and corresponding computer software are used.

Представлена динамическая модель деформирования композитного корпуса твердотопливного двигателя ракеты под действием внутреннего импульсного давления, которое описывает рабочие процессы двигателя. Корпус является тонкостенной конструкцией, которая состоит из цилиндрической оболочки и двух днищ в виде усеченных полусфер. Модель динамического деформирования учитывает сдвиг и инерцию вращения, физико-механические свойства композиционного материала. Для исследования динамического поведения конструкции в работе разработан полуаналитический метод. Проведены численные исследования динамической прочности корпуса твердотопливного двигателя.

Індекс рубрикатора НБУВ: О6 д(4УКР) Патон Б.Є.

Рубрики:

Міжпланетні сполучення (міжпланетні польоти)

Шифр НБУВ: Ж14846 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Цель работы - сравнение результатов численного и экспериментального исследования напряженно-деформированного состояния топливного отсека 3-й степени ракетоносителя. Исследование напряженно-деформированного состояния топливного бака проводилось экспериментальными и численными методами с помощью оболочечных и пространственных конечных элементов. Определены значения разрушающих напряжений и расположение зон разрушения топливного бака при действии комбинированной внутренней нагрузки. Проведен сравнительный анализ результатов экспериментального и численного исследований. Впервые предложена и реализована экспериментальная методика определения разрушающих нагрузок для топливного отсека 3-й степени ракетоносителя при действии комбинированной нагрузки. Приведены два конечно-элементных подхода определения напряженно-деформированного состояния и разрушающих нагрузок топливного бака на основе двух типов элементов - оболочечных и пространственных. Предложенная экспериментальная и численная методики определения разрушающих напряжений могут быть использованы как для исследованного топливного бака, так и других аналогичных конструкций. Хорошая сходимость результатов эксперимента и численных расчетов позволяет в процессе проектирования новых конструкций уменьшить количество дорогостоящих экспериментальных исследований и заменить их компьютерным моделированием.

В настоящее время одной из мировых тенденций развития транспортных средств является создание сверхманевренного транспортного средства. В ходе работ, проводимых в этом направлении, специалистами Государственного предприятия "Конструкторское бюро "Южное" им. М. К. Янгеля" разработано, изготовлено, испытано и запатентовано колесо новой конструкции, обладающее повышенной грузоподъемностью и двумя степенями свободы движения качением. На базе колеса новой конструкции разработано, испытано и запатентовано сверхманевренное транспортное средство с тремя степенями свободы движения качением. Управление движением производится электронной системой управления с помощью мотор-колес, которые стационарно сориентированы относительно транспортного средства. Отсутствие механического рулевого управления существенно упростило конструкцию ходовой части. Удельная грузоподъемность транспортного средства 1/10. Наличие пассивных колес позволяет создать требуемую грузоподъемность. Полученные технические характеристики позволяют создать многофункциональное, сверхманевренное транспортное средство, которое может найти широкое применение в различных отраслях промышленности.

Устойчивость оболочечной конструкции ракеты-носителя типа "цилиндр - конус" изучена при комбинированном нагружении внешним давлением, осевым сжатием и крутящим моментом. Разрешающие уравнения задачи решены аналитически с использованием асимптотического подхода. В случае конического отсека использованы два аналитических метода, таких как метод ВКБ и гибридный ВКБ-Галеркин-метод. Для анализа устойчивости подкрепленных оболочек использован матричный метод, позволяющий определить изменение напряженно-деформированного состояния оболочки при переходе через шпангоут. Характеристическое уравнение для определения критических нагрузок получено на основе матричного метода и уравнений сопряжения. Внимание уделено выбору коэффициентов жесткости шпангоута для конической и цилиндрической частей, обеспечивающих равные критические давления. Получено, что значения критического давления для равноустойчивой конструкции ниже, чем у ее отдельных частей. Изучена устойчивость подкрепленной конической конструкции при комбинированной нагрузке. Обсуждены результаты численных расчетов для различных типов подкрепленных конструкций. Показано, что в предельных случаях для цилиндрических или конических оболочек численные результаты находятся в хорошей корреляции с известными публикациями.

Изучена устойчивость нагруженной внешним давлением оболочечной конструкции, состоящей из сопряженных цилиндрических и конических отсеков, подкрепленных дискретно расположенными шпангоутами. Цилиндрические отсеки выбираются постоянной толщины, конические - линейно переменной. Устойчивость составной подкрепленной конструкции и отдельных ее частей определяется с помощью матричного метода. Особое внимание уделяется поиску параметров равноустойчивости пролетов подкрепленной конструкции, в том числе выбору рациональных жесткостей шпангоутов, обеспечивающих равноустойчивость локальных и общих (с захватом шпангоутов) форм выпучивания.

Сформулирована задача устойчивости тонкостенной оболочечной конструкции типа "бочка-оживало" при наличии стыковочного шпангоута, находящейся под воздействием нормального внешнего давления. Получены основные разрешающие дифференциальные уравнения, позволяющие исследовать конструкцию с учетом радиуса кривизны образующей и жесткостных характеристик стыковочного шпангоута. Решение задачи строится на основе метода конечных разностей. Выявлено влияние относительной высоты подъема образующих и способов закрепления торцов на локальную и общую устойчивость отсеков. Указан подход к определению параметров равноустойчивости сопряженной конструкции, а также величины рациональной жесткости стыковочного шпангоута.

Увагу присвячено математичному моделюванню напружено-деформованого стану та стійкості силових елементів ракетно-космічної техніки. Наведено аналітичні, чисельні й експериментальні підходи до визначення їх несучої здатності в реальних умовах експлуатації. Запропоновані математичні моделі та чисельні підходи реалізовано у вигляді пакетів програм, за допомогою яких визначено напружено-деформований стан конструкцій аерокосмічної галузі. На основі проведених досліджень одержано раціональні параметри елементів конструкцій.