Расчетно-экспериментальное обеспечение надежности элементов конструкций космических летательных аппаратов на этапе проектирования

• Автор: Русаков, Александр Викторович
• Шифр специальности: 05.07.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 164 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ
1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ И ПРОЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ КЛА
1.1 Схематизация КЛА и внешнего воздействия на него
1.1.1 Элементы конструкции КЛА
1.1.2 Внешнее воздействие на КЛА
1.2 Определение пространства качества и области
допустимых состояний
1.2.1 Исследование свойств конструкционных материалов
1.2.2 Моделирование напряженно-деформированного
состояния конструкций с трещинами
1.3 Решение задачи определения вероятностного поведения
конструкции при случайном внешнем нагружении
1.4 Методы обеспечения надежности и прочности
элементов конструкций КЛА
1.5 Определение надёжности элементов конструкции с повреждениями при случайном нестационарном воздействии
1.6 Определение времени безотказной работы проектируемых
элементов КЛА и нормирование размеров повреждения
1.7 Постановка задачи диссертационного исследования
2. МЕТОДИКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ КЛА НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
2.1 Методика оценки надёжности элементов конструкций КЛА, допускающих повреждения, при внезапных отказах
2.2 Схематизация КЛА и условий его эксплуатации
2.3 Выбор пространства качества и области допустимых состояний
2.3.1 Определение параметров границы области допустимых состояний с учетом условий эксплуатации КЛА и некоторых конструктивно-технологических факторов
2.3.1.1 Проведение экспериментов
2.3.1.2 Статистическая обработка результатов экспериментов

2.3.1.3 Составление уравнений регрессии
2.3.2 Определение параметра качества системы и оценка напряженно - деформирования состояния элементов конструкции КЛА с трещинами
2.4 Решение задачи статистической динамики
2.4.1 Алгоритм применения метода интерполяционных полиномов
2.4.2 Преобразование случайных величин, имеющих законы распределения, не связанные с классическими ортогональными многочленами
2.4.3 Методы теории вероятностей для оценки сходимости
решения задач статистической динамики
2.4.4 Изучение законов развития трещин
2.5 Определение функции надёжности
2.5.1 Надёжность элементов конструкции, допускающих повреждения
2.5.2 Оценка надёжности, нормирование размера повреждения и
времени безотказной работы элемента конструкции
2.6 Нормирование сроков эксплуатации и величин повреждений
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОБЛАСТИ ДОПУСТИМЫХ СОСТОЯНИЙ С УЧЁТОМ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ КЛА И НЕКОТОРЫХ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
3. Т Схематизация КЛА и моделирование условий эксплуатации
3.2 Исследование влияния условий эксплуатации и конструкционнотехнологических особенностей элемента КЛА с трещиной на характеристики сплава Д16АТ
3.2.1 Подготовка исходных данных для проведения экспериментов
3.2.2 Экспериментальные образцы и их подготовка к испытаниям
3.2.3 Методика определения критического значения Г-интеграла
3.2.4 Проведение экспериментов и обработка их результатов
3.2.4.1 Проведение экспериментов
3.2.4.2 Проверка однородности дисперсий
3.2.4.3 Определение коэффициентов функции отклика
3.2.4.4 Проверка значимости коэффициентов регрессии

3.2.4.5 Проверка адекватности выбранной модели
3.2.5 Анализ результатов эксперимента
3.3 Задание законов распределения внешних факторов,
влияющих на систему
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА СИСТЕМЫ И ОЦЕНКА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО
СОСТОЯНИЯ ОБОЛОЧЕК С ТРЕЩИНОЙ
4.1 Принципы моделирования конструкций конечными элементами
4.1.1 Дискретизация и входная информация
4.1.2 Формирование матриц жесткости
4.1.3 Наложение граничных условий и приложение нагрузки
4.2 Расчет моделей отсеков КЛА с трещинами
4.2.1 Оценка изменения трещиностойкости обечайки агрегатного отсека КЛА серии “Космос” под действием условий эксплуатации
4.2.2 Оценка изменения трещиностойкости обечайки переходного отсека орбитального КЛА “Ника - Т”
5. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ДИНАМИКИ
5.1 Расчёт вероятностных характеристик параметров конструкций методом интерполяционных полиномов
5.2 Решение стохастических обыкновенных дифференциальных уравнений
5.3 Определение вероятностного положения границ области допустимых состояний по случайным характеристикам
условий эксплуатации изделия
5.4 Оценка стохастического поведения параметра качества
системы I при случайном внешнем нагружении
5.4.1 Влияние длины трещины на трещиностойкость
модели отсека типа “цилиндр+ конус”
5.4.1.1 Длина трещины Ь = 25 мм
5.4.1.2 Длина трещины Ь = 30 мм
5.4.1.3 Длина трещины Ь = 35 мм
5.4.2 Влияние нагрева на трещиностойкость модели отсека
типа “цилиндр + конус” с трещиной
5.4.2.1 Температура эксплуатации 373'К

прочности, хотя средние значения эксплуатационных напряжений сравнительно малы. Это приводит к тому, что в перенапряженных областях элементов конструкции образуются трещины.
Наличие трещины в одной из деталей, даже не оказывая заметного влияния на её статическую прочность, значительно снижает уровень надёжности всего изделия, т.к. при этом допустимый срок его безопасной службы определяется в основном трещиностойкостью материала.
Трещиностойкость элементов конструкций КЛА зависит от ряда факторов, характеризующих как материал и технологию изготовления, так и условия эксплуатации. Для анализа сопротивления элементов конструкций разрушению необходимо использовать энергетические и деформационные критерии, основанные на рассмотрении напряжённого и деформированного состояния в зонах возникновения, распространения и остановки трещин.
За критерий прочности в случае внезапного отказа изделия с повреждением целесообразно принять инвариантный Кинтеграл Райса - Черепанова. В общем случае его величина равна необратимой удельной работе деформаций в окрестности края трещины. Величина .Г-интеграла постепенно изменяется в ходе эксплуатации. При достижении ею' критического значения происходит неконтролируемый рост трещины и немедленное разрушение.
Примем интеграл Райса-Черепанова за параметр качества системы V. Критические значения этой величины .1с образуют границу области допустимых состояний По- В этом случае вероятность безотказной работы элемента конструкции оценивается выражением:
(2.3)
Величина 1-интеграла, зависит от вида нагружения, длины и формы трещин, свойств материала. Из-за роста трещины .1-интеграл является функцией времени, а в силу стохастического характера внутренних силовых факторов -случайной функцией. Тогда пространство качества будет одномерным Евклидовым, т.е. прямой 0<Г<оо, а область допустимых состояний Оо - отрезком этой прямой 0 - .Го Значение .Г с течением времени приближается к критическому уровню 1с , которое носит также случайный характер. Таким образом, отказ