CC BY
63
Секция «Модели и методы анализа прочности динамики и надежности конструкций КА»
Для подтверждения норм прочности и жесткости выполняется статическое нагружение конструкции изготовленного планера. Полученный опыт накапливается в базе знаний и используется при разработке последующих проектов.
Библиографическая ссылка
1. Акименко А. А. Инженерная методика проектирования авиационных конструкций из композиционных материалов. М., 1997.
© Крылов Е. Д., 2013
УДК 620.22
Д. А. Литовка, Е. Д. Крылов Научный руководитель - А. В. Лопатин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ТЕХНОЛОГИЯ ИНЖЕКЦИОННОГО ЛИТЬЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ
СМОЛ В ВАКУУМЕ
Рассмотрена технология изготовления высококачественных изделий из полимерных композиционных материалов. Предложена установка, реализующая данную технологию.
В настоящее время, благодаря своим свойствам, широкое распространение получили конструкции из композиционных материалов с полимерной матрицей. Изготовление таких изделий сопряжено с рядом проблем, основными из которых являются [1]:
• пористость полимерной матрицы, которая отрицательно влияет на механические, физические и эстетические свойства детали;
• токсичность полимерных смол;
• трудоемкость процесса формования армирующих материалов, пропитываемых связующими смолами.
Одним из способов массового изготовления композитных деталей является технология инжекционного литья в вакууме. Эта технология предъявляет высокие требования к точности выполнения технологического процесса, что в свою очередь приводит к необходимости использования специального оборудования. На рис. 1 показан пример детали, изготовленной с помощью технологии инжекционного литья в вакууме.
Рис. 1. Образец детали изготовленной методом инжекционного литья
Установка для инжекционного литья деталей из полимерных смол в вакууме позволяет точно соблюдать весь технологический процесс и получать детали заданных свойств без прямого участия человека в процессе работ с токсичными материалами.
Принцип работы установки основан на автоматическом смешивании смолы в закрытой емкости с одновременной дегазацией. Далее смола насосом высокого давления с заданным расходом, подаётся в формообразующую оснастку с уложенным армирующим материалом. Формообразующая оснастка подключается к установке с помощью быстроразъёмных фитингов. По окончанию процесса пропитки материала, включаются нагревательные элементы, которые увеличивают скорость полимеризации смолы. Процесс размешивания и заливки смолы происходит в среде вакуума (при давлении не более 5 Па). Данный подход позволяет снизить пористость детали, по сравнению с технологией литья при атмосферном давлении. Принципиальная схема установки показана на рис. 2.
Система автоматического управления контролирует все этапы технологического процесса, позволяя уменьшить трудоемкость производства. Кроме того, использование в качестве инжектируемого материала смолы, со временем жизни не менее 6 часов и температурой полимеризации около 1000 °С, позволяет осуществлять непрерывное литьё деталей. Также предусматривается наличие системы автоматической промывки установки, позволяющей минимизировать влияние токсичных компонентов. Благодаря возможности быстрой смены формообразующей оснастки для заливки повышается эффективность использования установки.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
1 2
Рис. 2. Принципиальная схема установки: 1 - резервуар со смолой; 2 - резервуар с отвердителем; 3 - перистальтический насос-дозатор; 4 - шаровые краны; 5 - камера смешивания; 6 - емкость для смешивания; 7 - миксер; 8 - насос-дозатор высокого давления; 9 - формообразующая оснастка; 10 - полость с армирующим материалом; 11 - камера для сепарации полимерных материалов от воздуха; 12 - емкость для излишков полимерных материалов; 13 - вакуумный насос; 14 - пластиковые трубки; 15 - быстроразъемный фитинг; 16 - нагреватель; 17 - система автоматизированного управления
Библиографическая ссылка
1. Sanjay K. Mazumdar. Composites manufacturing. CRC Press LLC, 2002.
© Литовка Д. А., Крылов Е. Д., 2013
УДК 539
И. А. Лопатин Научный руководитель - А. В. Лопатин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
НЕЛИНЕЙНОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ ТОНКОСТЕННОГО КОМПОЗИТНОГО СТЕРЖНЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ПОПЕРЕЧНОЙ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ
Получены уравнения обобщенного метода Галеркина, описывающие нелинейное деформирование тонкостенного композитного стержня, нагруженного поперечными массовыми силами.
В конструкциях современных космических аппаратов часто используются тонкостенные стержни, изготовленные из композиционных материалов. При выведении космического аппарата на орбиту эти стержни испытывают действие перегрузки, в том числе и поперечной. В тонкостенных стержнях большого удлинения в процессе деформирования происходит изменение исходной геометрии. Это обстоятельство необходимо учитывать при анализе таких конструкций.
В нелинейной модели деформирования стержня вариационное уравнение, соответствующее принципу Лагранжа, имеет вид [1]
l I
5е + M Ш + Q5у)dx + |(ю5е + N юd ю) -
- J(qro5u + qdw)dx = 0,
(1)
где x - продольная координата; 5 - знак вариации; N 0> - продольная и перерезывающая сила; М - изгибающий момент; е - продольная деформация; к - изменение кривизны; у - сдвиговая деформация; ю - угол поворота касательной к продольной оси стержня,; q - погонная массовая нагрузка.
Для стержня справедливы следующие физические и геометрические соотношения
du
N = Be M = Dk Q = S у e =
dx
к = — dx
у = У-ю
■dr- (2)
dx
