Определение основной частоты колебаний композитного конического адаптера с переменной толщиной стенки Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты

УДК 539.3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНОЙ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ КОМПОЗИТНОГО КОНИЧЕСКОГО АДАПТЕРА С ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛЩИНОЙ СТЕНКИ*

А. А. Унрайн, М. А. Рутковская

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

E-mail: [email protected]

Выполнено численное моделирование ортотропного конического адаптера, исследована зависимость основной частоты колебания от характера изменения толщины стенки вдоль образующей конуса.

Ключевые слова: космический аппарат, конический адаптер, основная частота колебания.

DETERMINING FUNDAMENTAL FREQUENCY OF THE CONICAL ADAPTER

WITH VARIABLE THICKNESS

А. A. Unrain, M. А. Rutkovskaya

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

Numerical simulation is performed for an orthotropic conical adapter; the researchers investigate a dependence of the fundamental frequency of the oscillation on the nature of the change in the wall thickness along the generator of the cone.

Keywords: spacecraft, conical adapter, fundamental frequency.

Адаптер полезной нагрузки - переходная конструкция, которая служит для жесткого соединения космического аппарата с ракетой-носителем. Конструкция должна обеспечивать высокие прочностные, жесткостные и частотные характеристики, чтобы воспринимать нагрузки, возникающие на всех режимах эксплуатации, включая этап наземной эксплуатации, транспортировку, выведения и отделения. При проектировании адаптера в первую очередь рассматривают поперечные колебания, характеризующие жесткость конструкции. Решение этой задачи можно получить, определяя основную частоту колебаний. Первая частота является удобной мерой оценки жесткости.

В работе исследуется влияние характера изменения толщины оболочки на величину основной частоты колебаний. Для этого была создана модель в виде консольной усеченной конической оболочки с жестким массивным диском на краю. Расчетная схема и конечно-элементная модель представлены на рис. 1-2. Характеристики материала: модуль упругости Е;с = 70 ГПа, Еу = 70 ГПа, коэффициент Пуассона ц=0,3 и модуль сдвига G = 5 ГПа. Характер изменения толщины стенки И вдоль образующей конической оболочки представлен в виде функциональной зависимости. Рассматривается три функциональных зависимости изменения толщины стенки, удовлетворяющие постоянству массы: постоянная толщина стенки оболочки, линейный и квадратичный законы изменения толщины стенки.

Исследование проведено с использованием пакета конечно-элементного анализа Femap with NX Nastran. Результаты расчета представлены на рис. 3-5.

Таким образом, проведенные исследования показывают, что наибольшей поперечной жесткостью обладает конический адаптер с постоянной толщиной стенки.

"1

т

ш

W

En

Рис. 1. Расчетная схема

Ji

4

Рис. 2. Конечно-элементная модель

*Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, уникальный идентификатор проекта ММЕП57517Х0144.

Решетневские чтения. 2017

Рис. 3. Первая форма колебаний адаптера. Постоянная толщина стенки - основная частота 37,79 Гц

Рис. 4. Первая форма колебаний адаптера. Толщина стенки изменяется по линейному закону - основная частота 14,67 Гц

Рис. 5. Первая форма колебаний адаптера. Толщина стенки изменяется по квадратичному закону - основная частота 26,26 Гц

Библиографические ссылки

1. Образцов И. Ф. Строительная механика летательных аппаратов : учебник для авиационных специальностей вузов. М. : Машиностроение, 1986. 536 с.

2. Хахленкова А. А. Двухконусный адаптер для запуска блока трех космических аппаратов // Вестник СибГАУ. Красноярск, 2016. № 3 (17). С. 748-759.

3. Алямовский А. А. Инженерные расчеты в SolidWorks Simulation. М. : ДМК Пресс, 2010. 464 с.

4. Wijker J. J. Spacecraft Structures // Springer. 2007. P. 503.

5. Фокин В. Г. Метод конечных элементов в механике деформируемого твердого тела : учеб. пособие. Самара : Самар. гос. техн. ун-т, 2010. 131 с.

References

1. Obraztsov I. F. Construction Mechanics of Aircraft: A Textbook for Aviation Sources of higher education. M. : Mechanical Engineering, 1986. 536 p.

2. Khakhlenkova A. A. A two-cone adapter for launching a block of three spacecrafts // Vestnik SibSAU. 2016. №. 3 (17). P. 748-759.

3. Alyamovskiy A. A. Engineering calculations in SolidWorks Simulation. M. : DMK Press, 2010. 464 p.

4. Wijker J. J. Spacecraft Structures // Springer. 2007. P. 503.

5. Fokin V. G. Finite element method in mechanics of deformable solids: Proc. allowance. Samara : Samar. state. tech. university, 2010. 131 p.

© yHpafe A. A., PyTKOBCKaa M. A., 2017