Повышение жесткости конструкции алюминиевой гофрированной витой шпули

В работе представлены результаты расчётно-экспериментального исследования алюминиевых витых шпуль с различными конфигурациями профиля. Математическое моделирование изделия проводили при помощи программного комплекса ANSYS 18.2. Верификация моделей выполнена на основании испытаний, проведённых в центральной заводской лаборатории АО «Арконик СМЗ», на испытательной машине FP-100/1-10tn по действующим нормативным документам. Исследовалась опытная поставка шпуль с разработанным профилем специального вида. Сравнительный анализ проведён с закупаемыми шпулями с профилем разработанным ранее поставщиком шпуль. Исследуемые шпули изготовлены из сплава 3104 Н19, толщина ленты 0,26 мм. По итогам исследования построены эмпирические формулы позволяющие определять нагрузку до смятия и высчитывать объем металла, для оценки удельной жесткости. В предложенные формулы введены безразмерные коэффициенты, учитывающие конфигурацию профиля (коэффициент формы) и относительную высоту стенки профиля. Коэффициенты представлены в виде номограмм для удобства графической оценки эффективности профиля. Определена критическая высота профиля, при которой удельная жёсткость конструкции является наибольшей. Показано, что профиль с наклонной вертикальной стенкой и профиль с омегообразной формой внутренней образующей обладают меньшей жесткостью, чем профиль с вертикальной П-образной формой гофр. Определен оптимальный диапазон угла отклонения от вертикальности стенки гофра, позволяющий с одной стороны обеспечить требуемый уровень жесткости конструкции, с другой стороны минимизировать металлоёмкость изделия. Сопоставление результатов модельных расчётов, результатов вычисления по предлагаемым эмпирическим зависимостям и фактических экспериментальных данных, показали их высокую сходимость, что позволяет сделать вывод о применимости предлагаемых формул при инженерных расчетах. Разработанный профиль специального вида позволяет снизить металлоёмкость шпули на 13 % при сохранении требуемых прочностных характеристик и уровня жёсткости.