Исследование напряженного состояния и оценка устойчивости анизогридной цилиндрической оболочки при изменении параметров реберной структуры при статическом нагружении

Объектом исследования выступает цилиндрическая сетчатая оболочка без обшивки регулярной структуры, выполненная из композиционного материала углепластик. Отличительная особенность данного класса конструкций заключается в пересечении семейств кольцевых и спиральных ребер. Сетчатые оболочки используются в качестве силовых элементов космических аппаратов, поэтому при их проектировании основными требованиями выступают уменьшение массы конструкции, высокие прочностные и жесткостные характеристики. Снижение массы оболочки достигается за счет варьирования и подбора структурных и геометрических параметров ребер. В статье рассматривается набор сетчатых цилиндрических конструкций фиксированной массы. Авторами разработан и приведен алгоритм расчета числа элементов регулярной реберной структуры и вычисления значений геометрических параметров элементов семейств ребер. Рассматриваются два подхода к формированию систем ребер: путем изменения высот или толщин реберной структуры. Разработан макрос для моделирования параметрических дискретных моделей таких реберных структур в программном комплексе Ansys Mechanical APD. При построении дискретных моделей сеток применялся одномерный двух узловой конечный элемент BEAM4. Модель жестко крепилась в узлах по нижней кромке, к узлам верхней кромки прикладывалась нагрузка. Рассматривалось два вида нагружения. Режим «не полет» определяло равномерно распределенное по верхней кромке осевое нагружение оболочки. Режим «полет» дополнительно учитывал приложенный момент. Расчет полей перемещений и деформаций проводился численно в конечно-элементом пакете ANSYS. В статье приведены результаты исследования влияния плотности реберной структуры на устойчивость сетчатых оболочек при статическом осевом нагружении, собственные частоты и формы колебаний. Показано, что с увеличением плотности реберная структура становится тоньше. При этом критическая нагрузка падает, значения собственных частот оболочек уменьшаются, а в формах увеличивается число волн. Отмечено влияние подходов к моделированию реберных структур на результаты численных расчетов.