Исследование влияния сквозных вырезов на устойчивость сетчатых оболочечных конструкций

Решетневские чтения

Большинство рабочих (неслужебных) таблиц БД организовано так, что для записей предусмотрено внутреннее структурирование (группировка), т. е. некоторые из табличных записей являются служебными и не содержат иной полезной информации, кроме индекса и имени подгруппы (заголовки подгрупп). Развитием концепции структурированной таблицы является таблица компоновки конструктивных элементов, в которой для элементов различных типов (электрора-диоизделия, платы, несущие рамки, крепления и пр.) задается иерархическая структура взаимного расположения и подчиненности. Существенно расширен набор типов данных, хранимых в БД: перечисления,

различение в строковых данных (объекты в формате ВаБе64, 1Р-адреса и пароли доступа, кодировка цветности), различение в целочисленных данных (простые числа и флаговые массивы). Их обработка и интерпретация целиком ложится на суб-модуль комплекса по работе с БД.

Тестирование созданного прототипа ИС показывает удовлетворительную работоспособность полного спектра средств доступа и редактирования БД, а также успешное взаимодействие с суб-модулями импорта данных из БД ОАО «ИСС». Продолжается наращивание функционала ИС для автоматизации проведения механического анализа.

A. B. Bovsunovskiy, A. A. Yaschuk Research Institute of Applied Mathematics and Mechanics of Tomsk State University, Russia, Tomsk

INTEGRATED SYSTEM FOR AUTOMATION OF MECHANICAL ANALYSIS OF ONBOARD RADIOELECTRONIC EQUIPMENT OF THE SPACECRAFT

The architecture of the expandable integrated system for engineering analyses is discussed. The main principles of design for such system are emphasized. The functionality of integrated system is divided onto three classes: preparing the initial data, performing calculations based on certain methods, analyzing the results. The module architecture which comprises the advantages of both, the facilities of external CAD/САЕ-systems and own methodical and theoretical implementations, is presented. The cross-module interoperability is based on unified program interfaces. Nonstandard methods of organization of internal database are listed.

© EoBcyHOBCKHH A. E., ^myx A. A., 2011

УДК 539.3

Т. В. Бурнышева, Ю. А. Кравцова Новокузнецкий институт-филиал Кемеровского государственного университета, Россия, Новокузнецк

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СКВОЗНЫХ ВЫРЕЗОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ СЕТЧАТЫХ ОБОЛОЧЕЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Исследуется устойчивость сетчатых оболочечных конструкций из композиционных материалов, содержащих сквозные подкрепленные и неподкрепленные вырезы. Приведены результаты расчета устойчивости конструкций. Оценено влияние вырезов на устойчивость оболочки.

Обеспечение статической и динамической прочности является важным этапом в процессе проектирования крупногабаритных силовых конструкций машин, приборов и оборудования. Объект исследования -цилиндрическая сетчатая оболочечная конструкция из углепластика с регулярной системой спиральных и кольцевых ребер и обшивкой. Конструкция содержит некомпенсированные или усиленные окантовками вырезы технологического или конструктивного назначения (см. рисунок). Вдоль образующей оболочка нагружена сжимающей силой. Погонная нагрузка распределена равномерно по торцу, при этом угол поворота нормали относительно касательной к круговому сечению равен нулю.

Расчет устойчивости конструкций осуществлялся с помощью пакета программ «Композит-НК» [1]. В данном пакете программ реализован метод конеч-

ных элементов [2]. Дискретная модель сетчатой оболочки строится на основе треугольника Зенкевича [3] для обшивки и балки типа Тимошенко для ребер [4].

Сетчатые оболочки: а - без вырезов; б - с усиленными вырезами

а

Математические методы моделирования, управления и анализа данных

Для определения критических параметров устойчивости решается обобщенная задача на собственные числа пары глобальных матриц жесткости и геометрической жесткости конструкции. Рассчитанный численно собственный вектор определяет форму потери устойчивости оболочки. Вычисленные собственные значения показывают, какой процент сил от текущей нагрузки необходимо приложить к конструкции, чтобы получить соответствующую форму потери устойчивости. В пакете программ «Композит-НК» для вычисления нескольких наименьших собственных значений и соответствующих векторов реализован метод итераций в подпространстве.

Для изучения влияния технологических вырезов на устойчивость сетчатых оболочек были рассмотрены пять различных конструкций: без вырезов, с одним неукрепленным вырезом, с двумя неукрепленными вырезами, с одним усиленным вырезом и двумя усиленными вырезами. Окантовка вырезов имела постоянную толщину. В результате численных расчетов были получены собственные значения X пары глобальных матриц жесткости и геометрической жесткости рассматриваемых оболочек и соответствующие им поля перемещений. Собственные значения представлены в таблице.

Сравнительный анализ собственных значений и форм потери устойчивости показал, что наличие вырезов и подкреплений вырезов влияет на потерю устойчивости конструкции. Так выявлено, что в конструкциях с одним вырезом, его усиление приводит к уменьшению перемещений по окружности вблизи отверстий, а в конструкции с двумя вырезами напротив, - к увеличению окружных перемещений. Во втором случае существенным влияющим фактором является расстояние между вырезами.

У конструкций без вырезов, с одним вырезом и с одним компенсированным вырезом выявлена практи-

чески линейная зависимость нарастания критических нагрузок, соответствующих формам потери устойчивости. Выявлена нелинейная зависимость критических нагрузок от номера формы потери устойчивости в конструкциях с двумя вырезами, как усиленными, так и неусиленными. Очевидно, размер и количество отверстий «навязывают» оболочке определенную форму потери устойчивости. Можно предположить, что в рассматриваемых случаях оболочке «предлагалась» энергетически невыгодная ей форма волнообразования, в результате чего имело место увеличение критических нагрузок.

Наличие вырезов может оказывать не только негативное воздействие - понижение значения критических сил, что может привести к ранней потери несущей способности, но и положительное. Исследование показало, что один укрепленный вырез повышает значение критических сил в 1,2 раза или на 20 %. В общем случае наличие большого числа вырезов и их укрепление требует более тщательного исследования.

Библиографические ссылки

1. Развитие пакета программ математического моделирования сопряженных задач механики неоднородных конструкций / Т. В. Бурнышева, В. О. Каледин, И. В. Равковская и др. // Вестник Кемеровского гос. ун-та. Вып. 1 (41). 2010.

2. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М. : Мир, 1979.

3. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике : пер. с англ. / под ред. Б. Е. Победри. М. : Мир, 1975.

4. Работнов Ю. В. Механика деформируемого твердого тела : учеб. пособие. 2-е изд., испр. М. : Наука, 1988.

Собственные значения матриц жесткости и геометрической жесткости оболочек

Оболочка без вырезов Оболочка с 1 некомпен. вырезом Оболочка с 2 некомпен. вырезами Оболочка с 1 компен. вырезом Оболочка с 2 компен. вырезами

X1 = 0,18709 X1 = 0,07577 X1 = 0,11066 X1 = 0,21657 X1 = 0,15826

X2 = 0,32509 X2 = 0,23558 X2 = 0,35602 X2 = 0,42082 X2 = 0,20041

X3 = 0,44351 X3 = 0,37959 X3 = 0,38721 X3 = 0,51665 X3 = 0,42818

Т. V. Burnysheva, Yu. A. Kravcova Novokuznetsk Branch-Institute of Kemerovo State University, Russia, Novokuznetsk

RESEARCH OF INFLUENCE OF NOTCHES ON STABILITY OF LATTICED HULL CONSTRUCTION

Stability of latticed hull construction of composite materials containing reinforced and unreinforced notches is analysed. The results of calculating the stability of construction are given. The effect of notches on the stability of the hull is estimated.

© Бурнышева Т. В., Кравцова Ю. А., 2011