Введение к работе
з
Актуальность темы: Конструкции некоторых типов малых летательных аппаратов (ЛА) состоят из цилиндрического корпуса и крыльев малого удлинения. В полете они под действием аэродинамических и инерционных нагрузок изгибаются и закручиваются, деформируя при этом корпус ЛА. В оболочке корпуса возникает локальное изгибное состояние, влияющее на её местную прочность. Кроме того упругость крепления крыльев к корпусу ведет к возрастанию деформированного состояния крыла, что может ухудшить аэроупругие характеристики ЛА. При этом, так как и корпус, и крылья имеют свои спектры собственных парциальных частот колебаний, то собственные характеристики всей конструкции располагаются между ними, увеличивая при этом вероятность возникновения резонансных режимов эксплуатации ЛА. Суммируя все вышесказанное можно утверждать, что тема диссертационной работы имеет технические приложения и актуальна.
Для решения поставленной задачи необходимо решать проблему контактного нагружения оболочки через дискретно прикрепленные нагруженные пластины. В научной литературе задачи рассматриваемого типа не исследованы. В связи с этим исследование составных тонкостенных конструкций такого рода требует отдельного изучения, в том числе и проведения серии экспериментов по определению статической прочности и динамических характеристик конструкций такого типа.
Задачи локального и контактного нагружения оболочек рассматривались в работах В.З.Власова, С.Лукасевича, Э.Рейсснера, Б.В.Нерубайло, В.М.Даревского, Ю.П.Жигалко, В.И.Моссаковского, Э.И.Григолюка и В.А.Заруцкого. Проблемы колебаний сложных тонкостенных конструкций состоящих из оболочек и дискретно присоединенных к ним динамических подсистем рассматривались в работах В.М.Даревского,Л.М.Дмитриевой, Ю.П.Жигалко, Л.В.Андреева, А.Л.Дышко,
4 А.И.Станкевича, И.Д.Павленко, Ф.Н.Шклярчука, Т.В.Гришаниной и Б.А.Антуфьева.
Цель работы: Цель диссертации состоит в том, чтобы с единых позиций в контактной постановке рассмотреть проблему статического деформирования и колебаний тонкой оболочки корпуса ЛА, несущего систему дополнительно присоединенных крыльев малого удлинения моделируемых упругими пластинами разнообразной формы в плане. Для решения этих задач необходимо разработать численно аналитические методы исследования поставленной проблемы. В рамках предлагаемой далее механической модели составной конструкции эту задачу нельзя рассматривать в отрыве от проблемы определения локальных перемещений подсистем в зоне крепления их друг к другу. Поэтому часть работы посвящена исследованию местного деформирования оболочки (построению функций влияния перемещений оболочки) в районе её соединения с крыльями. Вследствие большой сложности поставленной проблемы необходимо провести экспериментальное исследование деформированного состояния конструкции.
Методы исследований: Для построения численно аналитического метода решения задачи был выбран метод расслоения (метод податливостей), который основан на разделении всей конструкции на отдельные подсистемы, находящиеся под действием внешних нагрузок и статических или динамических реакций контакта в местах соединения тел. Для изучения статической деформации исследуемой конструкции была спроектирована оригинальная экспериментальная установка и проведена серия экспериментов. Полученные данные сравнивались с предлагаемым решением и решением, полученным с использованием метода конечных элементов.
Достоверность: Достоверность полученных в работе результатов и выводов определяется следующим: во-первых, используются апробированные методы решения задач теории оболочек. Во-вторых, дано сравнение с данными экспериментальных исследований автора и частных
5 теоретических решений других исследователей. Кроме того, она подтверждена результатами численного решения полученного с использованием метода конечных элементов (МКЭ).
Научная новизна работы: С единых позиций разработаны приближенные методы аналитического исследования статической прочности и колебаний составной тонкостенной конструкции, состоящей из цилиндрической оболочки и двух дискретно прикрепленных к ней пластин. Построенные в работе функции влияния перемещений оболочек имеют самостоятельную ценность и могут быть использованы при решении любых задач локального и контактного деформирования цилиндрических оболочек. Для проведения серии экспериментальных исследований статического деформирования рассматриваемой конструкции была разработана и спроектирована экспериментальная установка, а также изготовлен комплект из трёх моделей.
Теоретическая и практическая ценность: Полученные в диссертационной работе результаты могут быть использованы проектными и научно-исследовательскими организациями в процессе проектирования конструкций малых ЛА. Экспериментальная установка и разработанный численно аналитический метод может быть использован в учебном процессе при проведении лабораторных и демонстрационных работ для студентов, специализирующихся в области расчетов на прочность.
Апробация работы: Основные положения диссертационной работы обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах:
Международный симпозиум «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред», Ярополец (2009, 2011 г.г.)
XXIII Международная конференция «BEM&FEM», Санкт-Петербург (2009 г.)
II Международная конференция «Проблемы нелинейной механики деформируемого твёрдого тела», Казань (2009 г.)
На научном семинаре кафедры №902 МАИ «Сопротивление материалов. Динамика и прочность машин» под руководством д.ф-м.н. Д.В.Тарлаковского.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы на 70 источников. Работа изложена на 119 страницах машинописного текста, содержит 60 рисунков и 20 таблиц.
