Оценка местной устойчивости вафельных оболочек Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.9

ОЦЕНКА МЕСТНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ВАФЕЛЬНЫХ ОБОЛОЧЕК

Е. О. Ширшов, Р. В. Пышкин Научный руководитель - Н. А. Амельченко

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

E-mail: [email protected]

Проведена сравнительная оценка устойчивости цилиндрических оболочек с разной геометрией вафельного фона. Показано, что оболочки с продольно-кольцевым и перекрестно-кольцевым расположением ребер обладают повышенной устойчивостью.

Ключевые слова: устойчивость, вафельная оболочка.

ASSESSMENT OF LOCAL STABILITY OF WAFER COVERS

E. O. Shirshov, R. V. Pyshkin Scentific Supervisor - N. A. Amelchenko

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

The comparative assessment of stability of cylindrical covers with different geometry of a wafer background is carried out. It is shown that covers with a longitudinally ring and cross and ring arrangement of edges possess the increased stability.

Keywords: stability, wafer cover.

Повышение весовой эффективности конструкций корпусных элементов изделий РКТ является актуальной задачей. Применение новых композитных материалов не может обеспечивать достаточную надежность таких элементов конструкций как жидкостные топливные баки, которые в основном изготавливают из легких алюминиевых сплавов.

По своим весовым характеристикам топливные баки составляют около 50% сухой массы ракетоносителя. В этой связи снижение весовых параметров конструкции топливных емкостей является существенным фактором, что наиболее важно для верхней ступени и разгонных блоков. На практике это достигается за счет облегчения конструкции оболочки различными методами. Наиболее часто применяют скоростное фрезерование вафельного фона с применением специального технологического оборудования [1].

При проектировании корпусных элементов изделий РКТ возможно применение вафельных оболочек с разным расположением ребер (рис. 1).

Основным фактором, определяющим несущую способность таких конструкций, является потеря устойчивости. Важность точности определения величины критических напряжений потери устойчивости хорошо видна на примере гладких идеальных цилиндрических оболочек, величина критических напряжений которых определяется по формуле [2]:

оКр = 0,605Е-5 / R,

где окр - величина критических напряжений сжатия, МПа; Е - нормальный модуль упругости материала, МПа; 5 - толщина стенки вафельной оболочки, мм; R - радиус кривизны оболочки, мм.

На основании экспериментальных данных приведенных в источнике [1] критическое напряжение таких оболочек имеет величину в 2-3 раза меньше чем теоретические значения.

Секция « Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»

На практике при изготовлении обечаек баков используют цилиндрические оболочки с вафельным фоном с продольно- кольцевым расположение ребер, получаемых на цилиндрических заготовках методом фрезерования.

Для исследования были выбраны стандартные размеры ячеек проведен проверочный расчет для обоснования правильности выбора:

ГКр = 2л£Е52(1 + Рф(у - 1)2).

ТКр = 6,88 мН.

ТПред = (4,8...6,9)£Е5>.

Тпред = 6,46 мН.

Так как Тпред< Ткр, то использование вафельной оболочки целесообразно, следовательно можно найти местную устойчивость ячеек с разным расположением.

а б в

Рис. 1. Конструкции вафельных оболочек с различным расположением ребер [3]: а - продольно-кольцевое; б - перекрестное; в - перекрестно-кольцевое.

Рис. 2. Расчетная схема для отдельной ячейки при нагружении оболочки осевой силой

Местная устойчивость вафельной оболочки

Таблица 1

Ткрм = 2лкЕЛ53(1 + Рф(у - I)2) / а2

1 270, 97 кН

Ткр.м = 2лкЕЛ53(1 + Рф(у - 1)2) / Ь2

22 428,85 кН

Ткр.м = 2лкЕЛ53(1 + Рф(^ - 1)2) / 00845° Ь2

4 518,56 кН

Исследования показали, что наиболее устойчивыми являются ячейки с перекрестно-кольцевым расположением ребер, однако при использовании такого вида расположения увеличивается масса конечного изделия.

Библиографические ссылки

1. Петроковский С. А., Тимофеев А. П. Несущая способность цилиндрических оболочек с локальными отклонениями геометрии поверхности от идеальной при осевом сжатии // Сб. тр. IV Росс. конф. пользователей М8С. М., 2001. С. 1-3.

2. Лизин В. Т., Пяткин В. А. Проектирование тонкостенных конструкций. М. : Машиностроение, 1976. 408 с.

3. Батрутдинов Р. Г. Технология изготовления вафельного фона в обечайках летательных аппаратов // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2011. Т. 1. С. 7.

© Ширшов Е. О., Пышкин Р. В., 2016