Анализ устойчивости анизогридных композитных сетчатых конических оболочек Текст научной статьи по специальности «Физика»

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов

УДК 539.3

А. В. Лопатин, В. А. Нестеров

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ АНИЗОГРИДНЫХ КОМПОЗИТНЫХ СЕТЧАТЫХ КОНИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК

Методом конечных элементов решены задачи устойчивости сетчатых конических оболочек, нагруженных осевой сжимающей силой, перерезывающей силой, изгибающим и крутящим моментами.

Анизогридные сетчатые конические оболочки представляют собой систему криволинейных спиральных и кольцевых ребер, изготавливаемых из однонаправленного композиционного материала с по -мощью непрерывной намотки.

Углепластиковые сетчатые конические оболочки используются в качестве адаптеров, обеспечивающих механический интерфейс между космическим аппара -том и разгонным блоком. В процессе выведения космического аппарата на орбиту сетчатые конические адаптеры испытывают воздействие нагрузок большой интенсивности. Такое воздействие может быть представлено в виде осевой сжимающей силы, перерезы-

вающей силы, изгибающего и крутящего моментов, приложенных к шпангоуту адаптера, на котором расположен космический аппарат. Наиболее вероятным видом разрушения сетчатой конической оболочки адаптера при действии этих нагрузок является потеря устойчивости.

Устойчивость сетчатых конструкций достаточно подробно исследована для цилиндрической оболочки. Решение задачи устойчивости сетчатой цилиндрической оболочки было выполнено как с помощью феноменологической континуальной модели [1; 2], так и с помощью метода конечных элементов (МКЭ)

[3].

Решетневскце чтения

Устойчивость сетчатой конической оболочки исследована заметно меньше. Решение этой задачи на основе континуальной модели связано с определенными математическими трудностями, так как потеря устойчивости сетчатой конической оболочки описывается дифференциальными уравнениями с переменными коэффициентами, решение которых возможно только численными методами.

Эффективный анализ устойчивости сетчатых конических оболочек может быть выполнен методом конечных элементов. Этот метод используется как для прямого анализа устойчивости сетчатых конических оболочек, так и для их проектирования, когда ограничения накладываются на критические силы и моменты. Такое применение МКЭ связано с появлением компьютеров большой вычислительной мощности и пакетов конечно-элементного моделирования. Современные МКЭ-пакеты позволяют с помощью внутренних языков программирования автоматизировать операции по построению конечно-элементных моделей сетчатых оболочек. Решая для каждой модели задачу устойчивости, можно выбрать оптимальное сочетание параметров сетчатой структуры.

Авторами с помощью метода конечных элементов решены задачи устойчивости сетчатых конических

оболочек, нагруженных осевой сжимающей силой, перерезывающей силой, изгибающим и крутящим моментами (см. рисунок). Сетчатая оболочка рассматривалась как пространственная рама. С помощью внутреннего языка программирования пакета COSMOS/M разработана программа генерирования конечно-элементных моделей сетчатых конических оболочек, в которой был выполнен анализ влияния параметров сетчатой структуры на критические силы и моменты и на форму потери устойчивости конических оболочек.

Библиографические ссылки

1. Vasiliev V. V., Barynin V. A., Rasin A. F. Anisogrid Lattice Structures - Survey of Development and Application // Composite Structures. 2001. Vol. 54. P. 361-370.

2. Vasiliev V. V., Razin A. F. Anisogrid Composite Lattice Structures for Spacecraft and Aircraft Applications // Composite Structures. 2006. Vol. 76. P. 182-189.

3. Morozov E. V., Lopatin A. V., Nesterov V. A. Finite-Element Modelling and Buckling Analysis of Anisogrid Composite Lattice Cylindrical Shells // Composite Structures. 2011. Vol. 93. P. 308-323.

A. V. Lopatin, V. A. Nesterov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

BUCKLING ANALYSIS OF ANISOGRID COMPOSITE LATTICE CONICAL SHELLS

A finite-element design modeller is developed and applied to the buckling analysis of the composite anisogrid conical shells.

© Лопатин А. В., Нестеров В. А., 2011

УДК 629.78.018-53.088

В. М. Михалкин, Г. В. Двирный, Д. В. Чураков

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ ПРИ ВЫСОКОТОЧНЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ ПРЕЦИЗИОННЫХ УГЛЕПЛАСТИКОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ В ТЕРМОВАКУУМНЫХ УСЛОВИЯХ

Разработана методика определения погрешности высокоточных измерений прецизионных углепластико-вых конструкций космических аппаратов в термовакуумных условиях. Дана оценка погрешности измерения деформаций.

В процессе разработки, наземной экспериментальной отработки (НЭО) и изготовления КА для гарантированного сохранения его геометрических параметров, а также взаимного положения рефлекторов и облучающих систем антенн в системе координат КА в пределах, не превышающих 100 мкм к концу срока активного существования, необходимо обеспечить определение параметров поверхности рефлектора с погрешностью не хуже 30...40 мкм, для объектов до 3 м,

в том числе при воздействии экстремальных температур в диапазоне -130...+120 °С и вакуума до 5-10-5.

В составе современных космических аппаратов, обеспечивающих услуги связи, применяются разме-ростабильные антенны диаметром до 2 м и более. Для корректной работы на космическом аппарате рефлектор такой антенны должен максимально сохранять свои геометрические параметры при воздействии критических температур и вакуума. На этапах разработки