Введение к работе
Актуальность работы. Создание крупногабаритных параболических трансформируемых космических антенн диаметром от 5 до 20 метров и более потребовало создания эластичных радиоотражающих поверхностей с высоким коэффициентом отражения, минимальной поверхностной плотностью,
минимальным усилием растяжения, высокой стабильностью физико-механических и радиоотражающих характеристик при длительном сроке эксплуатации.
Одной из наиболее важных характеристик, определяющих механические свойства материала отражающей поверхности, является его жесткость при растяжении. Чем меньше этот показатель, тем меньшее усилие требуется элементам конструкции для раскрытия каркаса рефлектора, а это приводит к уменьшению весовых показателей антенны, а также позволяет повысить точность отражающей поверхности.
Тенденции развития космических антенн сводятся к увеличению диаметра зеркала и частоты электромагнитных волн до 30-40 ГГц. Такая частота требует определенной структурной геометрии сетеполотен, в частности, уменьшения размера стороны ячейки до 0,2 мм. Для создания материала с показателями поверхностной плотности 40-60 г/м2 для 30 ГГц при усилии растяжения от 5 до 12 г/см необходимо использовать микропроволоку диаметром 11 -f-15 мкм.
В целях улучшения физико-механических характеристик металлотри-
котажных сетеполотен в части уменьшения их жесткости при растяжении не
обходимо: установить влияние элементов петельной структуры в двухгребе-
ночных основовязаных структурах на их сопротивление растягивающим уси
лиям при одно- и двухмерном нагружении в плоскости материала; опреде
лить структуры металлического трикотажа с наименьшей жесткостью с их
последующими рекомендациями к практическому использованию в качестве
отражающей поверхности трансформируемых космических антенн; устано
вить влияние типов петель на деформационные свойства металлотрикотаж
ных сетеполотен двухгребеночных переплетений. г
Цель работы и задачи исследования. Основная цель работы — повышение
эффективности металлотрикотажных сетеполотен в части уменьшения их
жесткости путем установления влияния типов петель в структуре двухгребе
ночных переплетений на деформационные свойства материала. Для достиже
ния данной цели в работе проведены следующие исследования:
1.Экспериментально проведено исследование образцов металлотрикотажных сетеполотен одинарных основовязаных одно- и двухгребеночных переплетений с целью установления влияния типов петель (открытые и закрытые) на деформационные свойства при двумерном нагружении, в частности:
а) Исследованы деформационные свойства металлотрикотажных сетеполотен
из вольфрамовых и стальных микропроволок в одно - три сложения при
диаметре микропроволок 15,20, 50 мкм.
б) Обработаны экспериментальные результаты по программе GSTK для рас
чета показателя жесткости и анизотропии сетеполотен при двумерной де
формации.
в) Установлено влияния элементов структуры двухгребеночных переплете
ний на эластичность металлотрикотажных сетеполотен.
г) Исследовано механическое взаимодействие микропроволок в структурах металлотрикотажных сетеполотен посредством установления зависимости электрического сопротивления сетеполотна от нагрузки.
2.С использованием плоской нелинейной теории упругости проведены расчеты относительной деформации одинарных металлотрикотажных осно-вовязаных сетеполотен на основе одно- и двухгребеночных переплетений: Т0; Т3; То - То; Тз -Тз, для чего разработаны программы на основе математических пакетов Mathcad и Matlab.
3. Экспериментально исследованы деформационные свойства металло-трикотажного основязаного сетеполотна филейного переплетения атлас - атлас с закрытыми петлями и теоретически рассчитаны значения упругих постоянных этого сетеполотна.
Методы и средства исследования. Поставленные в работе задачи решались экспериментальными и теоретическими методами. При проведении экспериментальных исследований были использованы метод, создающий двумерную деформацию образца, метод измерения электрического сопротивления сетеполотен при двумерной деформации, метод получения микрофотографий двумерно деформированного образца, метод компьютерного анализа микрофотографий с помощью программы "Диаморф". При проведении теоретических исследований в работе использованы методы дифференциального и интегрального исчислений, сопротивления материалов и нелинейной теории упругости, методы геометрического моделирования структур трикотажа, а также методы структурообразования трикотажа, методы статистической обработки результатов. Основные теоретические положения, полученные в диссертационной работе, проверялись экспериментально на лабораторном и производственном оборудовании с использованием современной измерительной аппаратуры. Расчеты выполнялись на ЭВМ с использованием специально разработанных нами программ на основе математических пакетов Mathcad и Matlab.
Научная новизна. Впервые показано, что сетеполотна с открытыми и закрытыми петлями обладают отличающимися механическими свойствами как при одномерной, так и двухмерной деформации растяжения;
впервые проведено систематическое исследование целого ряда сетеполотен с открытыми и закрытыми петлями, полученными из микропроволок разного диаметра, разного материала, с разным количеством сложений;
впервые использована программа для математического описания зависимости между относительной деформацией образца и деформирующим усилием, основанная на работах проф. А.Н. Соловьева;
разработаны программы на основе математических пакетов Matlab и Mathcad для расчета деформационных свойств металлотрикотажнызх сетепо-лотен;
на основе разработанных программ проведены расчеты деформационных свойств одногребеночных и двухгребеночных сетеполотен из стальных микропроволок диаметром 50 мкм (То, Тз, Т0-То, Т3-Т3);
впервые исследованы физико - механические и электрофизические свойства металлотрикотажного двухгребеночного филейного переплетения атлас - атлас, выработанного из стальной микропроволоки диаметром 15 мкм х2; ;ч
впервые теоретически рассчитаны упругие постоянные металлотрико-тажных сетеполотен двухгребеночного филейного переплетения атлас - атлас.
Практическая значимость работы. Результаты, полученные в работе, позволили разработать материалы с улучшенными физико-механическими свойствами для отражательной поверхности многофункциональной космической системы ретрансляции (МКСР) «Луч» на базе космических аппаратов-ретрансляторов «Луч-5А» и «Луч-5Б», разрабатываемых ОАО «ИСС» имени академика М.Ф. Решетнева по Федеральной Космической программе России на 2006-2015 годы.
Проведенные в работе теоретические и экспериментальные исследования позволили установить влияние типов петель на деформационные характеристики материала и разработать структуры двухгребеночных основовяза-ных структур с улучшенными деформационными характеристиками при сохранении таких показателей как размер ячеек и удельная масса сетеполотна. Апробация работы. По материалам диссертации опубликованы 6 статей и 7 тезисов докладов на научных конференциях. Результаты работы докладывались на конференциях «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности», Иваново, 2005 г.; на Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи «HTTM-20Q6», ВВЦ, М., 2006; на международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2006), МГТУ, М., 2006; на международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль -2007), МГТУ, М., 2007; на Международной конференции «Решетневские чтения-2007», ФГУП НПО прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева, г. Железногорск, 2007; на международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2008), с. 102, МГТУ, М., 2008.
Структура работы. Диссертация состоит из 5 глав: первая глава — литературный обзор, в четырех последующих главах изложены результаты экспериментальных и теоретических исследований, выполненных автором, и их
обсуждение. Объем работы составляет 166 страниц, включает 144 рисунка и 3 таблицы. Список литературы включает 67 источников.
