CC BY
46УДК 620.22-419.8
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ И ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МНОГОСЕКЦИОННОИ КОМПОЗИТНОЙ ферменной конструкции
А. А. Смердов
АО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» Российская Федерация, 141070, г. Королев, ул. Ленина, 4а E-mail: [email protected]
Рассматривается многосекционная композитная ферменная конструкция. Исследуется влияние как геометрических параметров фермы, так и параметров многослойных композитных стержней на динамические и прочностные характеристики.
Ключевые слова: ферменные конструкции, оптимальное проектирование, многосекционные конструкции, композитные материалы.
INVESTIGATION OF THE DYNAMIC AND STRENGTH CHARACTERISTICS OF THE MULTICELL COMPOSITE TRUSS STRUCTURE
А. A. Smerdov
АО "Rocket space corporation "Energia" 4a, Lenina Str., Korolyov, 141070, Russian Federation E-mail: [email protected]
The article deals with the design of multicell composite truss structure. The effect of both the geometric parameters of the truss and the parameters of multilayer composite beams on the dynamic and strength characterictics are considered.
Keywords: Truss structures, optimal design, multicell structures, composite materials.
Введение. Ферменные конструкции являются одними из основных конструктивно-силовых схем, применяемых в ракетно-космической технике. В данной работе рассматривается конструкция негерметичного отсека для МКС [1-2].
Одной из важных задач проектирования многосекционных ферменных конструкций является задача определения оптимальных геометрических характеристик. В случае проектирования ферменного отсека этими характеристиками являются количество секций в продольном и окружном направлении. Данные характеристики влияют на жесткостные и прочностные характеристики всей конструкции [3-4].
Исследовалась конструкция ферменного отсека с прямоугольными секциями с раскосами. При варьировании параметров, описывающих композитные стержни, рассматривалась как технология намотки однонаправленных слоев, так и выкладки ткани.
Все расчеты проводились при помощи метода конечных элементов в комплексе АшуБ [5-7]. Конечно-элементная модель приведена на рис. 1.
Проведен параметрический анализ с варьированием количества секций. Исследовалась зависимость первой собственной частоты, запаса устойчивости и нормальных напряжений в стержнях от количества продольных и окружных секций и характеристик композитных стержней.
Рис. 1. Балочная конечно-элементная модель ферменной конструкции
На рис. 2 и рис 3. приведена зависимость отрицательных нормальных напряжений с - и значения запаса устойчивости ^ст от диаметра стержней и угла армирования соответственно.
Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
Рис. 2. Зависимость отрицательных нормальных напряжений при статическом нагружении от угла армирования и диаметра стержней
градусы
Рис. 3. Зависимость запаса устойчивости от угла армирования и диаметра стержней
Библиографические ссылки
1. Зимин В. Н., Смердов А. А. Исследование задач оптимального проектирования многосекционных композитных космических ферменных конструкций // Решетневские чтения : материалы конф. / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. 2016. Т. 1, № 20. С. 119-121.
2. Зимин В. Н., Смердов А. А. Проектирование композитных соединительных узлов в задачах опти-
мизации многосекционных композитных космических ферменных конструкций // Вестник СибГАУ. 2017. Т. 18, № 1. С. 123-131.
3. Баничук Н. В. Введение в оптимизацию конструкций. М. : Наука, 1986.
4. Junjiro O., Dan-Ying F., Kenji M. Two-dimensional deployable hexapod truss // Journal of spacecraft and rockets. 1996. Vol. 33, № 3, May-June.
5. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов : справочник / В. И. Мя-ченков [и др.] ; под общ. ред. В. И. Мяченкова. М., 1989.
6. Ansys в руках инженера: Механика разрушения. 2-е изд., испр. М. : Ленанд, 2010. 456 с.
7. Jones T. C., Bart-Smith H. Finite Element Modeling and Analysis of Large Pretensioned Space Structures // Journal of spacecraft and rockets. 2007. Vol. 44, № 1.
References
1. Zimin V. N., Smerdov A. A.. Issledovanie zadach optimal'nogo proektirovaniya mnogosektsionnykh kompozitnykh kosmicheskikh fermennykh konstruktsiy. (Researching problems of optimal designing multisection composite spacecraft truss constructions) // Reshetnevskie chteniya. 2016. T. 1, № 20. Р. 119-121.
2. Zimin V. N., Smerdov A. A. Proektirovanie kom-pozitnykh soedinitel'nykh uzlov v zadachakh optimizatsii mnogosektsionnykh kompozitnykh kosmicheskikh fer-mennykh konstruktsiy. (Designing composite joints to
solve problems of optimizing multisection composite spacecraft truss constructions) // Vestnik SibSAU. 2017. T. 18, № 1. Р. 123-131.
3. Banichuk N. V. Vvedenie v optimizatsiyu konstruktsiy. (Introducing the optimization of structures). M. : Nauka, 1986.
4. Junjiro O., Dan-Ying F., Kenji M. Two-dimensional deployable hexapod truss // Journal of spacecraft and rockets. 1996. Vol. 33, № 3. May-June.
5. Raschety mashinostroitel'nykh konstruktsiy me-todom konechnykh elementov: spravochnik (Calculating machine-building structures by finite element method) / V. I. Myachenkov [et al.] ; pod obshch. red. V. I. Myachenkova. M., 1989.
6. Ansys v rukakh inzhenera: Mekhanika razrush-eniya. (Ansys as an engineer tool: fracture mechanics). 2-e izd., ispr. M. : Lenand, 2010. 456 р.
7. Jones T. C., Bart-Smith H. Finite Element Modeling and Analysis of Large Pretensioned Space Structures // Journal of spacecraft and rockets. 2007. Vol. 44, № 1.
© Смердов А. А., 2017
