Конечно-элементное моделирование сетчатого цилиндра с эллиптическим поперечным сечением Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

УДК 539

А. В. Шатов Научный руководитель - А. В. Лопатин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СЕТЧАТОГО ЦИЛИНДРА С ЭЛЛИПТИЧЕСКИМ ПОПЕРЕЧНЫМ СЕЧЕНИЕМ

Рассмотрена задача моделирования композитного сетчатого цилиндра с эллиптическим поперечным сечением.

Сегодня в авиации и космонавтике нашли широкое применение сетчатые композитные конструкции [1], обладающие высокими жесткостными характеристиками. Наибольшее распространение получили сетчатые цилиндры с круглым поперечным сечением. Они используются как силовая основа конструкции современных космических аппаратов, а так же как переходные отсеки ракетоносителей.

В представленной работе рассмотрена задача моделирования композитного сетчатого цилиндра с эллиптическим поперечным сечением (рис. 1). Эта конструкция в обозримом будущем может обрести популярность как в самолетостроении в качестве силовой основы фюзеляжа (рис. 2), так и в космическом машиностроении в качестве силового корпуса космического аппарата.

Рис. 4. Формы потери устойчивости сетчатого эллиптического цилиндра при осевом сжатии

Секция «Модели и методы анализа прочности динамики и надежности конструкций КА»

Основными параметрами, формирующими облик сетчатого цилиндра с эллиптическим поперечным сечением, являются а - угол наклона спиральных ребер; N - количество спиральных ребер. Расчет параметров Ь и И (рис. 3), необходимых для алгоритма построения сетчатой структуры может быть выполнен по следующим формулам:

b _ BA n _ N _ 2n ' _ 4 :

BA _ ^^ï+fix^dx - f ( x) _ Kyf,

0

OB

2 2 a - x

K _■

OA

BA _i\ 1

A 1 K2x2 , b + —-- dx, h _ -

2 2 a - x

tg (a)

(1)

(2) (3)

Здесь п - количество спиральных ребер на одной четвертой части эллипса; ВА - длина одной четвертой части эллипса (рис. 3); К - отношение малой полуоси эллипса к большой полуоси.

Предложенный алгоритм позволяет а автоматическом режиме создавать конечно-элементные модели сетчатых цилиндрических оболочек с эллиптическим поперечным сечением, обладающих различными геометрическими параметрами, а также проводить анализ устойчивости таких конструкций (рис. 4).

Библиографическая ссылка

1. Vasiliev V., Barynin V., Rasin A. Anisogrid Lattice Structures -Survey of Development and Application, Composite Structures, 54 (2001) 361-370.

© Шатов А. В., 2013