Введение к работе
1.1. Актуальность работы.
Зеркальная" антенна является одним из основных элементов устройств для передачи и приема сигналов сверхвысокой частоты. Ее работоспособность определяется уровнем деформаций отражающей поверхности в процессе эксплуатации, и чем ниже этот уровень, тем выше эксплуатационные характеристики. При проектировании антенных устройств различают три основных типа зеркальных антенн, конструктивные особенности которых определяются исходя из жесткостшх и прочностных характеристик их элементов. К первому тішу относятся большие зеркальные антенны, основной несущий элемент которых представляет собой стержневую ферменную конструкцию. Характерный размер раскрыва зеркала D > Юм. Отражатели таких антенн собираются из элементов, поверхность которых имеет нулевую гауссовую кривизну. Ко втрому типу относятся антенны(D = 3..10 м), у которых несущими элементами являются ферменная конструкция и элементы поверхности отражателя. К третьему типу относятся антенны(D<3 м), несущая способность которых обеспечивается самим отражателем. Эти антенны, именуемые в дальнейшем рефлекторами, представляют собой тонкостенную оболочечную конструкцию постоянной толщины в виде сферического или параболического сегмента.
В данной работе рассматриваются наиболее распространенные параболические рефлекторы осесиммэтричной формы. Эти рефлекторы эксплуатируются на наземных станциях связи, на судах различных типов, на летательных аппаратах при наиболее экстремальных условиях: ветровых нагрузках при скоростях потока до 30 м/с, температурных нагрукениях с перепадом до 200С. Вместо используемых ранее штампованных металлических рефлекторов все чаще применяют рефлекторы из композиционных материалов с высокой удельной жесткостью и прочностью и низким коэффициентом линейного температурного расширения(КЛТР). Конструктивно такой рефлектор выполняется из одной многослойной обшивки(D < 1.2 м) или из двух многослойных обшивок, скрепленных посредством легкого заполнителя(Б > 1,2 м).
Анализ произвольных силовых и температурных нагружений рефлекторов показал, что нагрузки являются достаточно плавными функциями координат и для исследования напряженно-деформированного состояния(НДС) достаточен учет осе симметричной и изгабной составляющих нагрузок, отвечающих нулевой и первой гармоникам разложения нагрузки общего вида в тригонометрический ряд Фурье. Поэтому
для исследования НДС многослойных осесимметричных рефлекторов при статических и температурных нагрузках можно эффективно использовать аналитический метод, основанный на приведении систем соответствующих уравнений к разрешающим уравнениям типа Лурье-Мейсс-нера. Применение аналитического метода позволяет при выводе разрешающих уравнений отбросить несущественные, порой весьма громоздкие слагаемые, провести априорный анализ решений дифференциальных уравнений. Полученные аналитические решения позволяют наиболее просто проанализировать влияние различных параметров на поведение тонкостенных конструкций, оценить достоверность результатов, получаемых при численных, исследованиях, существенно сократить сроки проектирования конструкций.
1.2. Цели и задачи работы:
получение аналитического решения задачи статики и термоупругости многослойной анизотропной оболочки вращения при несимметричных воздействиях;
практическая реализация аналитического решения в виде вычислительной программы для многослойных рефлекторов;
постановка и решение оптимизационной задачи проектирования рефлекторов из композиционных материалов, работающих при экстремальных ветровых нагрузках;
исследование влияния конструктивных параметров многослойных рефлекторов на их формоизменение при температурных нагрукениях;
практическое внедрение полученных результатов.
1.3. Научная новизна:
на основе метода Лурье-Мейсснэра получено аналитическое решение задачи статики и термоупругости ортотропных рефлекторов при несимметричных воздействиях;
исследовано влияние конструктивных параметров многослойных рефлекторов на их формоизменение при температурных воздействиях;
поставлена и решена оптимизационная задача проектирования рефлектора из композиционного материала при ветровых воздействиях.
1.4. Практическая ценность.
На основе полученных аналитических решений для осесимметрич-ной и обратносимметричной задач статики и термоупругости оболочек вращения построен алгоритм расчета НДС рефлекторов из композиционных материалов при произвольном плавно изменяющемся нагруже-нии. Алгоритм реализован в вычислительной программе для профессиональных ЭВМ типа IBM PC. Вычислительная программа применяется при проектировании рефлекторов в Уральском НИИ композиционных материалов.
1.5. На защиту выносятся:
дифференциальная постановка задачи статики и термоупругости ор-тотропных рефлекторов;
аналитическое решение задачи статики и термоупругости для многослойных рефлекторов из композиционных материалов;
результаты исследования формоизменения рефлекторов из слоистого пластика при температурных воздействиях;
результаты оптимизационной задачи проектирования рефлектора из композиционных материалов, подверженного ветровым воздействиям.
1.6. Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались на VII Межотраслевой научно-технической конференции "Проблемы создания конструкций из композиционных материалов и их внедрение в специальные отрасли промышленности", г.Миасс, 1989 г.; I Всесоюзной школе-конференции "Математическое моделирование в машиностроении", г.Куйбышев,1990 г.; III Всесоюзной конференции "Механика неоднородных структур", г.Львов, 1991 г.; международном симпозиуме "Advances in Structured, and Heterogeneous Conttlnua", г. Москва, 1993 г.; семинарах по механике деформируемого твердого тела под руководством д.т.н. Ю.И.Няшина, г.Пермь, 1988-93 г.
1.7. Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ.
1.8. Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех
глав и заключения, изложенных на 125 страницах машинописного
текста, содержит 32 иллюстрации и список использованной литерату
ры из 102 наименований.
