Научная статья на тему 'Исследование напряженно-деформированного состояния трехслойных пластин'

Исследование напряженно-деформированного состояния трехслойных пластин Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
176
29
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / NUMERICAL MODELING / НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ / STRESS-STRAIN STATE / ТРЕХСЛОЙНАЯ ПЛАСТИНА / SANDWICH PLATES

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Попова А. П., Бабкина Л. А.

Исследуется напряженно-деформированное состояние трехслойных пластин с дискретным заполнителем под действием равномерно-распределенной нагрузки. Варьируемыми параметрами являются профиль ячейки и высота заполнителя. В результате исследования получены графики зависимости эквивалентных напряжений, перемещений и деформаций от профиля, характерных размеров ячейки и высоты дискретного заполнителя.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Попова А. П., Бабкина Л. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INVESTIGATION OF STRESS-STRAIN STATE sandwich plates

The research presents stress-strain state of a sandwich plate with discrete filler under pressure. Variable settings are the profile of a cell and the height of the filler. Results of the study are graphs of equivalent stress, strain displacement in the profile of the cell and the discrete filler height.

Текст научной работы на тему «Исследование напряженно-деформированного состояния трехслойных пластин»

Для сброса избыточного тепла в космическое пространство следует использовать поверхности радиационных теплообменников, которые устанавливаются на теневой стороне НКП (рис. 3, б).

Новизна: подход к проектированию космических аппаратов научного или прикладного назначения, располагающихся на низких орбитах с высотой порядка 300 км и имеющих длительный срок существования.

Библиографические ссылки

1. Методы решения вариационных задач механики космического полета с малой тягой / В. В. Салмин, С. А. Ишков, О. Л. Старинова. Самара : Изд-во Самар. научного центра РАН, 2006. 267 с.

2. Маркелов В. В. Анализ тенденций разработок автоматических космических аппаратов // Омский научный вестник / ОмГТУ. Омск, 2000. Вып.10. С. 53-57.

3. Лебедев А. А. Введение в анализ и синтез систем. М. : Изд-во МАИ, 2001. 352 с.

4. Основы устройства и моделирования целевого функционирования космических аппаратов наблюдения : учеб. пособие / В. И. Куренков, В. В. Салмин, Б. А. Абрамов. Самара : Изд-во Самар. гос. аэрокос-мич. ун-та, 2006. 296 с.

5. Голубев И. С., Самарин А. В. Проектирование конструкций летательных аппаратов. М. : Машиностроение, 1991. 512 с.

References

1. Methods of the solution of variation problems of mechanics of space flight with small draft / V. V. Salmin, S. A. Ishkov, O. L. Starinova//the collection - Samara: Publishing house Samar. Russian Academy of Sciences center, 2006. 267 pages.

2. Markelov V. V. Analysis of tendencies of development of automatic spacecrafts//Omsk scientific bulletin. OmSTU, 2000. Number 10. page 53-57.

3. Lebedev A. A. Introduction to the analysis and synthesis of systems. M.: Publishing house of MAI, 2001. 352 pages.

4. Bases of the device and modeling of target functioning of spacecrafts of supervision / V. I. Kurenkov, V. V. Salmin, B. A. Abramov//the Manual Samara: Publishing house Samara State. Aerospace University, 2006. 296 pages.

5. Golubev, I.S., Samarin A.V. Design of designs of aircraft. M.: Mechanical engineering, 1991. 512 pages.

© Письмаров А. В., Купцов В. В., Волоцуев В. В., 2015

УДК 621.9.06

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

ТРЕХСЛОЙНЫХ ПЛАСТИН

А. П. Попова, Л. А. Бабкина

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: L_babkina@mail.ru

Исследуется напряженно-деформированное состояние трехслойных пластин с дискретным заполнителем под действием равномерно-распределенной нагрузки. Варьируемыми параметрами являются профиль ячейки и высота заполнителя. В результате исследования получены графики зависимости эквивалентных напряжений, перемещений и деформаций от профиля, характерных размеров ячейки и высоты дискретного заполнителя.

Ключевые слова: численное моделирование, напряженно-деформированное состояние, трехслойная пластина.

INVESTIGATION OF STRESS-STRAIN STATE SANDWICH PLATES A. P. Popova, L. A. Babkina

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, KrasnoyarskyRabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation. E-mail: L_babkina@mail.ru

The research presents stress-strain state of a sandwich plate with discrete filler under pressure. Variable settings are the profile of a cell and the height of the filler. Results of the study are graphs of equivalent stress, strain displacement in the profile of the cell and the discrete filler height.

Keywords: numerical modeling, stress-strain state, sandwich plates.

Конструкции с применением заполнителей между несущими слоями широко используются для изготовления фюзеляжей, шпангоутов, обтекателей антенн, панелей крыла самолета и других жестких обтекаемых конструкций.

Большая привлекательность таких конструкций обусловлена их высокой прочностью и жесткостью на изгиб при малом весе.

Сотовый заполнитель состоит из тонких полос металлической фольги или другого материала, соеди-

Решетнеескцие чтения. 2015

ненных между собой при помощи склейки или другого способа так, что в поперечном сечении образуется ячеистая структура. В настоящее время существует большое разнообразие заполнителей, имеющих самые различные очертания ячеек сотов [1-3].

В расчетах конструкций сотовый заполнитель рассматривается как некоторый условный, однородный по объему ортотропный заполнитель, имеющий заметную упругую анизотропию.

Нормальная жесткость и жесткость на сдвиг заполнителя в плоскости ХОУ малы по сравнению с жесткостью в направлении оси 02 и жесткостью на сдвиг во всех плоскостях, содержащих ось 02, так как эти жесткости определяются изгибом полосок (граней) фольги сотового заполнителя. Модули заполнителя в этих направлениях можно считать равными нулю.

Модуль упругости сотового заполнителя в направлении, перпендикулярном несущим слоям, зависит от упругих свойств материала, из которого изготовлен заполнитель, геометрических параметров и формы ячейки заполнителя. В справочниках по расчетам трехслойных конструкций приведены графики для определения модуля упругости сотового заполнителя. Теоретически значение модули упругости для металлического заполнителя с ячейкой сотовой структуры, в частности шестигранной при Азап/аС > 3, не зависит от высоты заполнителя. Однако из-за влияния различных технологических отклонений при изготовлении заполнителя, а также несоблюдения граничных условий и влияния краевого эффекта при эксперименте возможны отклонения значений модуля упругости при различных высотах заполнителя.

Определение жесткости на сдвиг сотового заполнителя теоретически и экспериментально является сложной задачей. В литературе модуль сдвига сотового заполнителя определяется энергетическим методом или методом перемещений и сил. Модули сдвига заполнителя сотовой структуры изменяются прямо пропорционально плотности заполнителя. Плотность со-

тового заполнителя, в частности металлического, зависит от формы ячейки, ширины стенки (грани) и ее толщины, плотности материала, из которого изготовлен заполнитель, и метода изготовления заполнителя.

С активным внедрением CAD/CAE-систем при проектировании трехслойных конструкций появилась возможность проведения численного эксперимента. Так, в систему трехмерного твердотельного моделирования SolidWorks интегрирован пакет конечно-элементного анализа SolidWorks Simulation, в котором для отработки методики расчета провели исследование напряженно-деформированного состояния прямоугольной трехслойной пластины с сотовым заполнителем.

Геометрические модели трехслойных пластин с квадратной (рис. 1), прямоугольной (рис. 2) и шестигранной (рис. 3) формами сотового заполнителя созданы в пакете SolidWorks. Генерация конечно-элементной модели осуществлялась оболочечными типами элементов с параболическим полем перемещения. Для несущих слоев были приняты следующие жесткостные характеристики: ЕНС = 2,31 • 1011Н/м2; для дискретного заполнителя ЕЗ = 6,91010 Н/м2, v = 0,33. Пластина нагружена давлением 0,1 МПа. Варьируемыми параметрами являются профиль ячейки и высота заполнителя Азап.

В результате исследования напряженно -деформированного состояния получены эпюры напряжений, перемещений (рис. 4-6) и деформаций сотовых панелей.

На рис. 7 представлены графики зависимости эквивалентных напряжений от формы ячейки и высоты сотовой конструкции.

На рис. 8 представлены картины прогибов.

Результаты исследования хорошо сходятся с аналитическим решением. Наибольшую жесткость имеет сотовый заполнитель с шестигранной ячейкой. Минимальные перемещения достигаются также в трехслойной пластине с шестиугольными ячейками при высоте заполнителя А,яп = 30 мм.

Рис. 1. Сотовый заполнитель с квадратной ячейкой

Рис. 2. Сотовый заполнитель с прямоугольной ячейкой

Рис. 3. Сотовый заполнитель с шестигранной ячейкой

Рис. 4. Эпюры перемещения в сотовой конструкции с квадратным профилем ячейки при h = 10 мм

Рис. 5. Эпюры перемещения в сотовой конструкции с прямоугольным профилемя чейки при h = 20 мм

Рис. 6. Эпюры перемещения в сотовой конструкции с шестигранным профилем ячейки при h = 30 мм

Рис. 7. Графики зависимости эквивалентных напряжений от профиля ячейки сотового заполнителя и высоты

Рис. 8. Графики зависимости перемещений от профиля ячейки сотового заполнителя и высоты

Представленная методика численного исследования может использоваться в учебном процессе при изучении дисциплины «Механика трехслойных конструкций».

Библиографические ссылки

1. Гладков Ю. А. Особенности расчета сотовых конструкций // Теория и практика проектирования пассажирских самолетов. М. : Наука, 1976. С. 278-290.

2. Гладков Ю. А. Жесткостные характеристики трехслойных оболочек с жестким заполнителем // Исследование по теории пластин и оболочек. Вып. XI. 1975. С. 206-216.

3. Панин В. Ф., Гладков Ю. А. Конструкции с заполнителем : справочник. М. : Машиностроение, 1991. 271с.

References

1. Gladkov U. Osobennosty rascheta sotovih kontrukciy // Teoria i practica proektirovania passagir-skih samoletov [Features of the calculation of cell struc-tures//Theory and practice of designing passenger aircraft]. Theory and practice of designing passenger aircraft. Moscow, Nauka Publ., 1976. p. 278-290.

2. Gladkov U. Gestkostnie haracteristiki trehsloynih obolochek s gestkim zapolnitelem // Issledovanie po teorii plastin i obolochek [Stiffness characteristics of three-layer shells with a rigid filler// Study on the theory of plates and shells]. V. XI, 1975. p. 206-216.

3. Panin V., Gladcov U. Konstrukcii s zapolnitelem [Design with filler]. Moscow, EngineeringPubl., 1991. 271 p.

© Попова А. П., Бабкина Л. А., 2015

УДК 621.7+621.9

ПРОВОЛОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОД-ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ

Л. А. Семенова, И. Я. Шестаков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-шаП: yakovlevish@mail.ru

В системах управления ракет и космических аппаратов применяют интегральные микросхемы и приборы, в основе которых используются кристаллы, полученные разделением полупроводниковых пластин. Предложен способ разделения на кристаллы проволочным электрод-инструментом. Правильность выбранной модели подтверждается экспериментальными данными.

Ключевые слова: проволочный электрод-инструмент, колебания проволоки, скрайбирование полупроводниковых пластин.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.