Разработка расчетно-экспериментальной методики проектирования фермы стенда для функциональных испытаний ракетных конструкций

• Автор: Мусатов, Виталий Александрович
• Шифр специальности: 05.07.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. Взаимодействие стенда с объектами испытания — боковым и центральным

блоками ракеты-носителя (PH)

1.1. Обеспечение соответствия стендовых испытаний полетным условиям PH

1.2. Конструктивно-технологическое решение фермы стенда

1.3. Обзор литературы

1.4. Постановка задачи

2. Математическое моделирование стенда

2.1. Движение объектов при испытании

2.2. Выбор проектных параметров фермы
2.3. Конечно-элементная модель ферменной конструкции стенда: нелинейная статика и линейная динамика
2.4. Конечно-элементные модели типовых сварных узлов фермы: нелинейная статика и нелинейная динамика
2.5. Комплексный программно-экспериментальный анализ стенда
3. Анализ напряженно-деформированного состояния ферменной конструкции
стенда
3.1. Расчет фермы на прочность, устойчивость и колебания
3.2. Расчет фермы на действие ударной нагрузки
3.3. Расчет типовых сварных узлов фермы на прочность
3.4. Расчет сварного узла фермы при ударной нагрузке
4. Экспериментальное исследование несущей способности типовых сварных
узлов фермы
4.1. Типовые сварные узлы фермы
4.2. Программа статических испытаний
4.3. Результаты испытаний
4.4. Сравнение расчета и эксперимента
Заключение
Литература
Приложения
Введение
Стенды для испытаний конструкций летательных аппаратов, в отличие от широкой номенклатуры испытательных стендов машиностроительной отрасли, имеют значительные размеры и массы, подвергаются более высоким статическим и динамическим нагрузкам. Поэтому они относятся, согласно классификации [1], к специальному оборудованию. В ракетной технике такие стенды называют негабаритными. Они проектируются и изготавливаются под специальные программы испытаний.
При, разработке новой ракетной техники в целях снижения временных и материальных затрат в настоящее время применяется параллельный
инжиниринг, когда проектирование, расчет, поиск технологии выполняются одновременно. При таком комплексном подходе возрастает роль
экспериментальных исследований и наземных натурных испытаний. С помощью современного специально создаваемого оборудования удается проверить надежность всей конструкции ракеты и надежность
функциональных срабатываний ее систем.
Одним из важных факторов успешного запуска, ракет-носителей (PH) является срабатывание в полете системы разделения боковых и центрального блоков PH пакетной схемы, которое должно выполняться строго по заранее заданной программе, чтобы гарантировать безударное разделение. Иначе при отстреле боковые блоки могут ударить по центральному, повредить его и изменить траекторию PH. Поэтому необходимо проверить
работоспособность системы разделения в наземных условиях. Для этого создается специализированное оборудование для испытаний - негабаритный стенд. Тема диссертации напрямую связана с разработкой таких стендов, что свидетельствует о ее актуальности.
Цель работы — создание расчетно-экспериментальной методики проектирования и изготовления силовой части (фермы) негабаритного стенда с несущей способностью, достаточной для динамических испытаний ракетных конструкций.
Объект, предмет и методы исследования. Объектом исследования является силовая ферма негабаритного испытательного стенда, собранная сваркой из металлических профилей: швеллеров и уголков. Предмет исследования - несущая способность фермы стенда и типовых сварных узлов. Методы исследования - теория деформируемого твердого тела, метод конечных элементов, экспериментальные исследования.
Научная новизна работы.
1. Разработана* расчетная схема сборно-сварной фермы стенда для испытания системы I разделения блоков PH' на основе конечно-элементной модели в линейной и нелинейной постановках с учетом статического, и .динамического нагружений.
2. Разработаны расчетные схемы типовых сварных узлов фермы на основе конечно-элементных моделей в линейной и нелинейной постановках с учетом статического и ударного нагружений.
3. Сформирован вычислительный блок БС с использованием аналитических зависимостей для проектировочных расчетов профилей, сварных узлов фермы и крепежных элементов.
4. Разработаны программа испытаний и конструкции образцов, на которых проведены испытания на прочность типовых сварных узлов.
5. Экспериментально и численно исследовано влияние на несущую способность сварных узлов фермы угла между элементами жесткости (профилями), взаимного расположения в узле швеллеров и уголков, направления внешних сил, а также механизма разрушения сварного узла.
6. Дан анализ воздействия нагруженной фермы стенда на пол и колонны статзала для испытаний при имитации рабочих нагрузок на PH.
Положения, выносимые на защиту.
1. Методика определения несущей способности сборно-сварной фермы негабаритного стенда при действии статической и ударной внешних нагрузок.
2. Методика расчета типовых сварных узлов фермы на прочность.

Сечения балок соответствуют профилям швеллеров и уголков (см. рис. 2.4).
Тяги в модель введены как двухузловые линейные элементы типа Rod стержни с шарнирным опиранием на концах. Они имеют продольную жесткость и крутильную жесткость относительно продольной оси.
Силовой пол представлен в виде линейных четырехузловых элементов типа Quad: это наиболее часто применяемый тип элемента при
моделировании пластин и оболочек. Плоский линейный четырехузловои элемент Quad4 может воспринимать мембранные, изгибные усилия, а также сдвиг в плоскости. Усилия и моменты определяются в геометрическом центре элемента, а напряжения — на внешней и внутренней поверхностях.
Неоднородность физических свойств пола по толщине была учтена с помощью ввода таблицы толщин в соответствующих точках с заданными координатами. При задании свойств автоматически все толщины выстраиваются от средней линии симметрично в обе стороны (рис. 2.8). В данном случае пришлось воспользоваться функцией сдвига толщины относительно средней линии, так называемым Offset, чтобы силовои пол с верхней стороны был гладким, а с нижней представлял собой «гребенку».
Рис. 2.8. Толщины силового пола, заданные в модели с помощью функции Offset
Функция Offset не работает для задач устойчивости и задач статики в
геометрически нелинейной постановке.
Ферма крепится к силовому полу в 65 точках (см. рис. 1.4), что соответствует 46 шпилькам 035 мм и 19 шпилькам 020 мм. Шпильки представлены в модели жесткими связями RBE2, которые соединяют