Аналитическая оценка начальных напряжений для повышения качества конечно-элементной модели космического сетчатого рефлектора Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Таблица 4

Коэффициент теплопроводности (I) и прочности клеевых соединений из алюминиевого сплава на сдвиг и отрыв для клея КТК при температурах от минус 196 до 150 °С

Содержание масс. ч. ГНБ на 9,8 масс. ч. основы клея Вт/мК Прочность на сдвиг, МПа, при температуре, °С Прочность на отрыв, МПа, при 20 °С

20 150 Минус 196

6,5 2,0 11,6 2,6 10,7 20,3

7,0 2,4 10,1 2,5 11,5 -

7,5 2,73 11,8 2,7 10,4 -

8,0 2,92 9,8 2,5 - -

8,5 3,08 8,9 - - -

В настоящее время для приклеивания нагревающихся элементов ЭРИ в изделиях микроэлектроники разработаны однокомпонентные теплопроводящие клеи типа ОТпК с коэффициентами теплопроводности 2,5-3,0 Вт/мК, высокими адгезионными и электро

изоляционными характеристиками, отверждающиеся при температурах 120 °С в течение 2 ч, или в течение 1 ч при 120 °С, или 1 ч при 150 °С.

© Гладких С. Н., Векшин Н. Н., Вялов А. И., Ткаченко И. В., 2014

УДК 629.76/78.001.63

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА НАЧАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЙ МОДЕЛИ КОСМИЧЕСКОГО СЕТЧАТОГО РЕФЛЕКТОРА

Н. Н. Голдобин1, Д. О. Шендалев2

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 E-mail: 1goldobin@iss-reshetnev.ru, 2shendalev_d@iss-reshetnev.ru

Описана методика оценки усилий в шнурах формообразующей структуры рефлектора. Методика позволяет аналитически получать значения начальных усилий натяжения, необходимых для расчета напряженно-деформированного состояния в конечно-элементной модели крупногабаритного сетчатого рефлектора. Применение данной методики в конечно-элементных программных комплексах обеспечивает сходимость численных методов оптимизации.

Ключевые слова: отражающая поверхность, рефлектор, формообразующая структура.

ANALYTICAL ESTIMATION OF INITIAL STRESS FOR IMPROVEMENT OF SPACE MESH REFLECTOR FEM QUALITY

N. N. Goldobin1, D. O. Shendalev2

JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: 1goldobin@iss-reshetnev.ru, 2shendalev_d@iss-reshetnev.ru

Technique for estimation of cords tension in prestressed reflector structure is presented. The technique allows to receive analytically initial tension stress necessary for deriving of deflected mode of large mesh reflector using finite element model. Application of the given technique in finite element soft ensures convergence of numerical methods of optimization.

Keywords: reflector surface, reflector, reflector structure.

Сетчатый рефлектор (рис. 1) представляет собой напряженную конструкцию, состоящую из силового каркаса, натянутой на него системы шнуров, формирующих отражающую поверхность (формообразующей структуры) и растянутого металлического сетепо-лотна. Проектировочные расчеты и прогнозирование поведения рефлектора в условиях эксплуатации прово-

дятся при помощи конечно-элементной модели. При моделировании подобных конструкций известными проблемами являются обеспечение требуемого напряженно-деформированного состояния, а именно: равномерное распределение усилий натяжения в шнурах формообразующей структуры (ФОС) и заданная геометрия, а также обеспечение сходимости решения.

Решетневскуе чтения. 2014

Моделирование внутренних напряжений конструкции реализуется путем задания начальных напряжений. В исходном (до введения начальных напряжений) состоянии модель имеет нулевые коэффициенты жесткости по отдельным степеням свободы. В силу указанного обстоятельства при появлении в конструкции внутренних напряжений получаются большие деформации, что и приводит к проблемам со сходимостью и существенному перераспределению усилий. Одним из путей решения указанных проблем является задание начальных напряжений, соответствующих начальной геометрии модели.

Формообразующая структура рассматриваемого рефлектора состоит из симметричных относительно срединной плоскости рефлектора фронтальной (ФС) и тыльной (ТС) сетей, соединенных в узлах оттяжками (см. рис. 1). В состав ФС (ТС) входят следующие типы шнуров: внутренние, радиальные, периферийный шнур и его оттяжки (см. рис. 2).

Натяжение внутренних шнуров фронтальной (тыльной) сети обеспечивается растяжением периферийного шнура. Периферийный шнур (ПШ) вы-

Фронтаяьная сеть

полняет функцию растяжения формообразующей структуры в процессе раскрытия рефлектора, а также обеспечивает равномерное распределение усилий натяжения во внутренних шнурах фронтальной и тыльной сетей.

Для оценки на стадии проектирования усилий, возникающих в напряженной конструкции сетчатого рефлектора, а также обеспечения требуемого распределения усилий во всех шнурах формообразующей структуры (ФОС), ранее используемая для этих целей методика, которая создавалась специалистами ОАО «ИСС» и НИИ ПММ ТГУ, была усовершенствована авторами данной статьи. В доработанной методике в качестве модели рассматривается не плоская, а пространственная система сходящихся сил, через известное условие равновесия которой определяются усилия в шнурах, что дает более точный результат. Методика определения усилий в шнурах ФОС предусматривает определение усилий в шнурах фронтальной сети (ФС) и тыльной сети (ТС) и в оттяжках ФОС. Усилия натяжения во внутренних шнурах задаются в соответствии с требованиями, предъявляемыми к ФОС.

Звено А

Оттяжки ФОС Звено Б

Тыльная сеть

Рис. 1. Схема одного сектора рефлектора (сетеполотно не показано)

Рис. 2. Состав фронтальной (тыльной) сети формообразующей структуры

Максимальная величина прогиба ПШ, с одной стороны, зависит от положения концов звеньев А (для ФС) или звеньев Б (для ТС) соседних спиц, с другой стороны - от границы апертуры рефлектора. Вследствие статической неопределенности системы натянутых шнуров рефлектора выбор геометрической формы и усилия натяжения в периферийном шнуре является нетривиальной задачей, для решения которой разработан алгоритм построения периферийного шнура [1]. В результате построения определяется геометрическое место узлов периферийного шнура, а также величины натяжений в каждом участке периферийного шнура. Разработанный алгоритм может быть использован и для получения величины усилий в оттяжках ФОС между периферийными шнурами ФС и ТС.

Оттяжки периферийного шнура обеспечивают связь между внутренними шнурами ФС (ТС) и периферийным шнуром. Направление оттяжек периферийного шнура и величина натяжения в них определяются по условию обеспечения равенства натяжений во внутренних шнурах ФС (ТС). Шнуры ФС, входящие в каждый узел, расположенный на последнем поясе внутренних шнуров, образуют пространственную систему сходящихся сил. Уравновешивающая реакция R со стороны оттяжки ПШ равна по модулю и обратна по направлению равнодействующей системы сходящихся сил. Модуль вектора R есть величина силы натяжения в оттяжке ПШ, при этом оттяжка лежит на прямой, параллельной орту eR .

Методика определения усилий в радиальных шнурах представляет собой определение равновесного

состояния каждого узла радиального шнура. При этом шнуры, выходящие из каждого узла, заменяют усилиями их натяжения в направлении этих шнуров.

Разработанные авторами данной статьи методики позволяют:

- при подстановке аналитически полученных значений начальных напряжений в шнурах формообразующей структуры в конечно-элементную модель рефлектора определить его напряженно-деформированное состояние;

- обеспечить сходимость численного метода оптимизации, реализуемого в конечно-элементных программных комплексах.

Библиографическая ссылка

1. Голдобин Н. Н., Тестоедов Н. А. Алгоритм построения периферийного шнура фронтальной сети для трансформируемого сетчатого рефлектора космического аппарата // Вестник СибГАУ. 2014. Вып. 1(54). С. 100-106.

Reference

1. Goldobin N. N., Testoedov N. A. Algorithm postroyeniya periferiynogo shnyra frontalnoy seti dlya transformiruyemogo setchataga reflector kosmicheskogo apparata (A construction algorithm of the peripheral cord of the frontal network for the space reflector with the cable-mesh deployable structure). Vestnik SibGAU, 2014, № 1(54), p. 100-106.

© Голдобин Н. Н., Шендалев Д. О., 2014

УДК 629.88.10.032

ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МАТЕРИАЛА С «ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ» ПРИ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ РАБОТАХ И В СИСТЕМАХ ОТДЕЛЕНИЯ

КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

В. В. Двирный1, В. В. Голованова2, Г. В. Двирный1, М. В. Елфимова3

1 ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: office@iss-reshetnev.ru

2ФГУП «Конструкторское бюро «Арсенал» имени М. В. Фрунзе» Российская Федерация, 195009, г. Санкт-Петербург, ул. Комсомола, 1-3 E-mail: www.kb_arsenal.finances.spb.ru

3Сибирский институт пожарной безопасности - филиал Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России Российская Федерация, 62972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Северная, 1

E-mail: sekret_ugps@mail.ru

Рассмотрены возможности применения материала с «памятью формы» при аварийно-спасательных работах и системах отделения космических аппаратов.

Ключевые слова: материал с памятью формы, никелид титана, возврат в исходное состояние.