Моделирование анизогридных панелей Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

проектирование и производство летательных, аппаратов, космические исследования и проекты

УДК 539

МОДЕЛИРОВАНИЕ АНИЗОГРИДНЫХ ПАНЕЛЕЙ*

И. А. Дубровина, 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

Рассматривается задача геометрического моделирования анизогридной панели с разными углами наклона диагональных ребер. В результате модального анализа получены значения первых частот собственных колебаний панели при ее жестком закреплении по периметру.

Ключевые слова: анизогридная панель, модальный анализ, конечно-элементная модель.

ANISOGRID PANELS MODELING I. A. Dubrovina, A. P. Popova, L. A. Babkina

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: l_babkina@mail.ru

The problem of geometric modeling of anisogrid panels with different inclination angles of diagonal ribs is analyzed in this article. Values of the first natural frequencies of the panel when it is located on the perimeter are obtained as a result of the research.

Keywords: anisogrid panels, frequency analysis, finite element model.

Анизогридные панели находят широкое применение в ракетной и космической технике и используются в качестве несущих элементов конструкций космических аппаратов. Анизогриды подвергаются значительным динамическим нагрузкам, возникающим при полете ракетного носителя, обладают высокой удельной прочностью и жесткостью. Поэтому определение частот и форм колебаний сетчатых оболочек являются важной частью анализа таких конструкций [1—3].

При проектировании космического аппарата для определения основной частоты колебаний сетчатого корпуса с прикрепленным к нему оборудованием используется упрощенная расчетная модель.

Геометрическая модель анизогридной панели размерами a*b, мм, создана в пакете SolidWorks (рис. 1). Характерный размер сетчатой структуры представлен на рис. 2. Генерация конечно-элементной модели осуществлялась оболочечными типами элементов с параболическим полем перемещения. Панель жестко закреплена по периметру, в качестве материала выбран углепластик с модулем упругости Е = 70 ГПа и массовой плотностью р = 1 550 кг/м3. Варьируемыми параметрами являются высота ячейки сетчатой структуры ax, толщины стенок d и t, расстояние между горизонтально расположенными ребрами at, расстояние между диагональными ребрами ad, толщина ячейки h и угол ориентации диагональных ребер ф, количество

диагональных ребер n. сеттатот структуры

'Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, уникальный идентификатор проекта RFVEFI57414X0082.

Конечно-элементный анализ проводился с использованием интегрированного пакета SolidWorks Simulation [4; 5]. В результате параметрического анализа были получены первые частоты собственных колебаний анизогридной панели при разных углах наклона ребер (рис. 3). Результаты модального анализа представлены в таблице.

Рис. 1. Характерные размеры ячейки

<Тешетневс^ие чтения. 2016

G

Г01Ж0111П11Ш

Рис. 2. Характерные размеры сетчатой структуры

Рис. 3. Первая форма колебаний панели, угол наклона диагональных ребер ф = 14°

Зависимость частот собственных колебаний от угла наклона ребер анизогридной панели размерами а = Ь = 1 м

Угол наклона, ф, град Частота, Гц

14 35,523

24,2 35,413

35 30,663

45 33,616

Дальнейшая работа направлена на исследование динамического поведения анизогридной конструкции.

Библиографические ссылки

1. Vasiliev V. V., Razin A. Anisogrid composite lattice structures for spacecraft and aircraft applications // Composite Structures. 2006. Vol. 76. P. 182-189.

2. Vasiliev V. V. Mechanics of composite structures // CRC Press. 1993. P. 517.

3. Vasiliev V. V., Morozov E. Advanced Mechanics of Composite Materials and Structural Elements // Elsevier. 2013. P. 816.

4. Алямовский A. A. Инженерные расчеты в SolidWorks Simulation. M. : ДМК пресс, 2013. 445 с.

5. Алямовский A. A. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике. СПб. : БХВ-Петербург, 2005. 800 с.

References

1. Vasiliev V. V, Razin A. Anisogrid composite lattice structures for spacecraft and aircraft applications. Composite Structures. 2006. Vol. 76. P. 182-189.

2. Vasiliev V. V. Mechanics of composite structures // CRC Press. 1993. P. 517.

проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты

3. Vasiliev V. V., Morozov E. Advanced Mechanics of Composite Materials and Structural Elements // Elsevier. 2013. P. 816.

4. Alyamovskiy A. A. Inzhenernye raschety v SolidWorks Simulation [Engineering calculations in SolidWorks Simulation]. M. : DMK press, 2013.445 p.

5. Alyamovskiy A. A. SolidWorks. Komp'yuternoe modelirovanie v inzhenernoy praktike. [SolidWorks. Computer simulation in engineering practice]. SPb. : BKhV-Peterburg, 2005. 800 p.

© Дубровина И. А., Попова А. П., Бабкина Л. А., 2016

УДК 629.76/.78

СХЕМА АРМИРОВАНИЯ СИЛОВОЙ КОМПОЗИЦИОННОЙ ШТАНГИ, РАБОТАЮЩЕЙ ПРИ КРИОГЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ, С УЧЕТОМ ПОГРЕШНОСТИ В ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Д. В. Егоров, В. Д. Егорова

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

E-mail: anteyd@yandex.ru

Рассматриваются технологические особенности создания композиционных штанг, работающих в условиях криогенных температур. Схема армирования определяется с учётом погрешности укладки армирующего волокна и величины угла закручивания штанги под влиянием изменения температур, при этом к штанге предъявляются требования высокого модуля упругости. В результате данной работы была определена схема армирования штанги.

Ключевые слова: композиционные материалы, криогенные температуры, размеростабильность, температурные деформации, штанга, цилиндрическая конструкция.

SCHEME TO REINFORCE COMPOSITE POWER BAR OPERATING AT CRYOGENIC TEMPERATURES TAKING INTO ACCOUNT THE PRECISION IN MANUFACTURING TECHNOLOGY

D. V. Egorov, V. D. Egorova

JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: anteyd@yandex.ru

This paper deals with technological features to create composite bars operating under cryogenic temperatures. The scheme of reinforcement is determined by taking into account the errors of laying the reinforcing fiber and the angle of a bar twist under the influence of temperature changes. The bar is under high modulus of elasticity requirements. As a result this research defines reinforcement scheme of a bar.

Keywords: composite materials, cryogenic temperature dimensionally, thermal deformation, rod, cylindrical design.

Исходя из потребностей современной космической отрасли и жёстких требований к размеростабильности приёмных комплексов космических телескопов (КТ), возникает необходимость создания новых принципов разработки силовых конструкций КТ. Особенностью КТ «Миллиметрон» является низкая рабочая температура приемного комплекса - 4 К - и требования к высокой точности положения контррефлектора.

Важным элементом конструкции приемного комплекса КТ «Миллиметрон» является штанга опоры конструкции контррефлектора (ШОКК). ШОКК предназначена для размещения контррефлектора и фиксации трансформируемых элементов рефлектора при транспортировке и на участке выведения.

Выбор углепластика М46J/RTM6 в качестве материала ШОКК обусловлен высокими удельными физико-механическими характеристиками данного материала и низким значением КЛТР по сравнению с металлами. Однако изменение температуры приводит к кручению композиционных штанг. Требования по величине максимального угла закрутки для данной штанги составляют не более 1'.

В качестве метода изготовления ШОКК был выбран метод RTM. Для создания армирования - радиальное плетение, позволяющее укладывать волокно под максимально эффективным углом. При использовании радиального плетения погрешность укладки волокна составляет ±0,5о.