Исследование анизогридных цилиндрических оболочек на прочность, устойчивость и жесткость при кручении
Автор: Л. М. Ковальчук, Т. В. Бурнышева
Журнал: Космические аппараты и технологии.
Рубрика: Новые материалы и технологии в космической технике
Статья в выпуске: 1, 2025 года.
Бесплатный доступ
В статье рассматриваются анизогридные сетчатые оболочечные конструкции из композиционных материалов. Цель работы – исследовать анизогридные оболочки на прочность, устойчивость и жесткость при кручении. На основе разработанной параметрической конечно-элементной модели исходной конструкции проводился многофакторный вычислительный эксперимент. Построение моделей проводилось в программном комплексе ANSYS. Рассматривались два подхода к моделированию: построение оболочки последовательным заданием семейств ребер и выделение структурного элемента оболочки с последующим копированием его по окружности. Выбран наименее трудоемкий и ресурсоемкий подход для персонального компьютера. Анализ напряженного состояния исходной сетчатой конструкции при кручении показал: спиральные ребра с наклоном влево сжимаются, с наклоном вправо растягиваются, кольцевые ребра работают на растяжение и сжатие. По результатам вычислительного эксперимента были определены зависимости максимальных продольных напряжений в ребрах от изменения угла наклона спирального ребра к образующей, количество пар спиральных ребер и толщина реберной конструкции. Исследовались прочность, устойчивость и жесткость конструкций при кручении с учетом изменения параметров реберной структуры. По итогу исследования выбирались две самые жесткие, прочные и устойчивые конструкции, в которых исключались по два вертикальных структурных элемента. Таким образом, на прочность, устойчивость и жесткость исследовался новый тип анизогридной цилиндрической конструкции, содержащий вертикальные разрезы.
Анизогридные конструкции, прочность, устойчивость и жесткость, ANSYS, многофакторный вычислительный эксперимент.
Короткий адрес: https://sciup.org/14133050
IDR: 14133050 | УДК: 539.3 | DOI: 10.26732/j.st.2025.1.03
Список литературы Исследование анизогридных цилиндрических оболочек на прочность, устойчивость и жесткость при кручении
- Васильев В. В. Механика конструкций из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1988. 272 с.
- Васильев В. В., Разин А. Ф., Азаров А. В. Композитные сетчатые конструкции – проектирование, расчет и изготовление. М: Инновационное машиностроение, 2023. 488 с.: ил. ISBN 978–5–907523–57–9.
- Жгутов В. М. Компьютерное моделирование прочности и устойчивости упругих ребристых оболочек // Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения: Международная конференция (RELMAS’2008): Труды международной конференции. Санкт-Петербург, 17–20 июля 2008 года, СПбГПУ. СПб., 2008. С. 122–128.
- Васильев В. В., Разин А. Ф. Композитные сетчатые балочные элементы для авиационных конструкций // Вопросы оборонной техники. Сер. 15. Композиционные неметаллические материалы в машиностроении. 2006.
- Карпов Владимир Васильевич, Семенов Алексей Александрович, Холод Дарина Вячеславовна. Исследование прочности пологих ортотропных оболочек из углепластика // Труды МАИ. 2014. № 76. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-
- Ковальчук Л. М. О подходах к построению параметрической дискретной модели сетчатой цилиндрической оболочки в конечно-элементном пакете ANSYS / Л. М. Ковальчук, Т. В. Бурнышева. Текст: электронный // Краевые задачи и математическое моделирование: темат. сб. науч. ст. Новокузнецк: Изд-во КГПИ КемГУ, 2023. С. 52–57. 8 CD-ROMs.
- Петров Г. И., Смирнов А. Н., Халилов С. И. Численное исследование анизогридных конструкций методом конечных элементов // Вестник Московского авиационного института. 2016. № 12(2). С. 128–137.
- Белов В. В., Горбунов А. А., Красильников Н. И. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния анизогридных конструкций // Вестник Московского авиационного института. 2018. № 25(2). С. 103–111.
- Ковальчук Л. М. Исследование напряженного состояния и оценка устойчивости анизосеточной цилиндрической оболочки при изменении параметров реберной конструкции при статическом нагружении / Л. М. Ковальчук, Т. В. Бурнышева. DOI 10.1134/S 1063784223700081 // Техническая физика. 2023. № 68(10). С. 328–335.
- Лопатин А. В., Барыльникова Е. А. Конечно-элементное моделирование сетчатых цилиндрических оболочек // Решетневские чтения: материалы Междунар. науч.-практ. конф. / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2010. С. 22.
- Логинов М. А., Бендиков А. С., Коваленко И. А. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния анизогридных конструкций в условиях динамических нагрузок // Вестник Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана. Серия: Машиностроение, 2017. № 2. С. 112–123.
- Белов В. В., Горбунов А. А., Красильников Н. И. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния анизогридных конструкций // Вестник Московского авиационного института. 2018. № 25(2). С. 103–111.
- Ковальчук Л. М. Влияние реберной структуры на устойчивость сетчатой цилиндрической оболочки при кручении / Л. М. Ковальчук, Т. В. Бурнышева. // Интеллектуальный потенциал Сибири: сб. науч. тр. 30 регион. науч. студен. конф, Новосибирск, 23–27 мая 2022 г. в 4 ч. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2022. Ч. 4. С. 396–400. ISBN 978–5–7782–4756–7.
- Петров Г. И., Смирнов А. Н., Халилов С. И. Численное исследование анизогридных конструкций методом конечных элементов // Вестник Московского авиационного института. 2016. № 12(2). С. 128–137.
- Логинов М. А., Бендиков А. С., Коваленко И. А. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния анизогридных конструкций в условиях динамических нагрузок // Вестник Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана. Серия: Машиностроение, 2017. № 2. С. 112–123.
- Лопатин А. В., Буров А. А., Хахленкова А. А. Анализ деформирования цилиндрического решетчатого корпуса космического аппарата в зоне крепления бака высокого давления // Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия. Красноярск: Физический институт и издательство IOP Publishing Limited, 2021. С. 1–5.
- Ковальчук Л. М. Исследование напряженного состояния сетчатой композитной оболочки без обшивки при кручении / Л. М. Ковальчук, Т. В. Бурнышева // Проблемы прочности авиационных конструкций и материалов: материалы Всерос. науч.-практ. конф., Новосибирск, 7–10 сент. 2022 г. Новосибирск: СибНИА им. С. А. Чаплыгина, 2022. С. 37–39. ISBN 978–5–6043216–4–5.
- Ковальчук Л. М. Анализ деформирования ребер сетчатых цилиндрических оболочек при кручении = Analysis of deformation of the edges of mesh cylindrical shells during torsion / Л. М. Ковальчук, Т. В. Бурнышева // Наука. Промышленность. Оборона: тр. 23 Всерос. науч.-техн. конф., посвящ. 100-летию основания конструкторского бюро «Туполев», Новосибирск, 20–22 апр. 2022 г. в 4 т. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2022. Т. 1. С. 43–47. 25 экз. ISBN 978–5–7782–4693–5.
- Ковальчук Л. М. Исследование напряженного состояния и оценка устойчивости анизогридной цилиндрической оболочки при изменении параметров реберной структуры при кручении = Investigation of the stress state and assessment of the stability of an anisogrid cylindrical shell when the parameters of the rib structure change during torsion / Л. М. Ковальчук, Т. В. Бурнышева, С. В. Шайдуров. // Решетневские чтения: материалы 26 междунар. науч.-практ. конф., посвящ. памяти ген. конструктора ракетно-косм. систем М. Ф. Решетнева, Красноярск, 9–12 нояб. 2022 г. в 2 ч. Красноярск: Изд-во СибГУ, 2022. Ч. 1. С. 104–106. ISBN 978–5–86433–924–4. 1 CD-ROM.
- Ковальчук Л. М. Конечно-элементный расчёт на прочность и устойчивость анизогридной оболочки при кручении / Л. М. Ковальчук, Т. В. Бурнышева; науч. рук. Т. В. Бурнышева // Наука. Технологии. Инновации: сб. науч. тр. 16 Всерос. науч. конф. молодых ученых, Новосибирск, 5–8 дек. 2022 г. в 11 ч. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2022. Ч. 11. С. 30–34. 100 экз. ISBN 978–5–7782–4872–4
