Введение к работе
Актуальность темы диссертации
На современном уровне развития аэрокосмической техники эффективность разрабатываемых изделий в значительной мере зависит от степени совершенства процессов их подготовки к применению. Эта зависимость особенно существенна при реализации современной стратегии параллельного проектирования, когда компоновочные, конструктивно-силовые схемы и расчет характеристик изделий и технологического оборудования наземного комплекса должны выполняться одновременно, причем на ранних стадиях проектирования. Только такой подход может обеспечить принятие рациональных проектно-конструкторских решений при создании универсальных наземных комплексов (НК), обеспечивающих подготовку к применению целых семейств изделий различной конфигурации, когда требуется учет заданных ограничений, индивидуальных особенностей по каждому варианту, а сам процесс проектирования носит компромиссный характер.
Перечисленные выше особенности в полной мере относятся к грузоподъемным машинам наземных комплексов (ГПМ НК), которые обеспечивают выполнение всех видов подъемно-перегрузочных и монтажно-стыковочных работ при подготовке изделий к применению. Однако в многочисленной научно-технической литературе отсутствуют результаты разработки математических моделей для статического и динамического анализа ГПМ НК и их элементов, а также алгоритмов и программ исследования динамики и прочности ГПМ НК с учетом особенностей механического нагружения, которые необходимы для принятия рациональных конструктивных решений при создании перспективных ГПМ НК на основе комплексных критериев, охватывающих такие характеристики, как значения наибольших напряжений, величины динамической жесткости металлоконструкций ГПМ НК, их массогабаритные характеристики, себестоимость и трудоемкость изготовления металлоконструкций, а также другие критерии.
Поэтому исследования, направленные на изучение методами механики и вычислительной математики поведения грузоподъемных машин перспективных наземных комплексов и закономерностей механических процессов, имеющих место в их конструкциях и элементах, являются актуальной научно-технической задачей для аэрокосмической отрасли промышленности.
Цель работы
Целью выполнения диссертации является разработка научных подходов и инструментальных средств рационального проектирования новых поколений грузоподъемных машин наземных комплексов.
Для достижения поставленной цели в диссертации были решены следующие теоретические и практические задачи, результаты которых выносятся на защиту:
математическое моделирование ГПМ НК и их несущих элементов при статических и динамических воздействиях;
разработка алгоритмов и программ для исследования динамики и прочности ГПМ НК с учетом особенностей механического нагружения;
разработка методики поиска рациональных проектно-конструкторских решений при создании ГПМ НК, включая выбор силовых схем и материалов, расчет и оценку наибольших напряжений, динамической жесткости, массогабаритных и других характеристик ГПМ НК.
Научная новизна
Получены новые аналитические и численные решения в части оценки прочности металлоконструкций ГПМ НК при статических воздействиях, а также в аспектах исследования поведения и механических процессов в конструкциях и элементах мостовых ГПМ технических комплексов при динамических воздействиях.
Разработана новая методика поиска рациональных решений при конструировании ГПМ НК, включающая выбор силовых схем, размеров, решение компоновочных задач при проектировании ГПМ НК и обеспечивающая многокритериальную параметрическую оценку конструктивных решений.
Получены новые результаты анализа и рекомендации по численным исследованиям конструкторско-технологических решений для ГПМ НК.
Достоверность результатов и выводов
Полученные при выполнении диссертационной работы результаты строго обоснованы математическим аппаратом теории упругости, применением точных методов вычислительной математики, численных методов анализа на основе интегральных критериев эффективности, дискретных методов поиска рациональных конструктивных решений с учетом заданных ограничений.
Достоверность решения задач в диссертации подтверждена сравнением численных результатов с известными аналитическими решениями и сопоставлением полученных результатов с результатами других авторов.
Практическая значимость и реализация результатов
Созданы новые алгоритмы и программы, предназначенные для:
исследования прочности металлоконструкций ГПМ с учетом особенностей функционирования наземных комплексов;
анализа динамики и прочности мостовых ГПМ НК средствами программного комплекса ANSYS;
оценки показателей эффективности, отработки технологичности ГПМ НК и оформления результатов проектирования.
Результаты диссертации предназначены к применению при создании ГПМ НК для получения рациональных конструктивных решений и характеристик с использованием полученных математических моделей, разработанных алгоритмов, программ исследования динамики и прочности ГПМ НК и методики поиска проектно-конструкторских решений.
Результаты диссертации внедрены в учебный процесс на кафедре «Стартовые комплексы» «МАТИ» - Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Авиа- и ракетостроение» в рамках дисциплин «Строительная механика конструкций и сооружений» и «Динамика конструкций и сооружений».
Апробация и опубликование результатов работы
Результаты выполненных исследований и практических разработок отражены в 8 публикациях (в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для опубликования результатов диссертационных исследований).
Результаты работы докладывались и прошли публичное обсуждение на научно-технических конференциях и семинарах: ежегодных международных молодежных научных конференциях «Гагаринские чтения» 2005-2010 гг.; ежегодных всероссийских конференциях «Академические чтения по космонавтике памяти СП. Королева и других отечественных ученых-пионеров освоения космического пространства» 2008-2011 гг.; международной конференции «Российский образова-4
тельный форум» 2006 г.; открытых конференциях и семинарах молодых ученых и специалистов, проведенных КБ транспортного машиностроения в 2006-2009 гг. и др.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка (114 наименований), двух приложений; изложена на 164 страницах машинописного текста и содержит 68 рисунков и 12 таблиц.
