Введение к работе
Актуальность. Одним из главных направлений развития авиационной промышленности в 80-90г.г. является сокращение сроков проектирования и улучшения качества авиатехники. Одним из способов достижения последнего видится всесторонний анализ различных вариантов элементов конструкции на стадии проектирования с целью выбора из ряда альтернативных вариантов наиболее рационального. Качество силовых элементов планера самолета определяется прежде всего технологичностью при условии безусловного соблюдения требований технического задания в отношении массы элемента и требований аэродинамики, конструктивности, прочности, устойчивости, живучести и др.
Приходится констатировать, что в настоящее время вопросы совместного решения основных задач проектирования - задач технологичности и прочности, а также экономического обоснования оптимальности выбранного конструкторского решения не рассмотрены в требуемых объемах, хотя указанная проблема поднимается во многих исследованиях и публикациях, авторы которых справедливо считают ее одной из важнейших.
Как следствие этого, конструкция планера некоторых
отечественных самолетов обладает низкой
технологичностью, что неприемлемо для серийного производства. Данный вопрос заслуживает особого внимания, поскольку в условиях новых рыночных взаимоотношений появилась потребность в создании высокотехнологичных конструкций, т.е. конструкций, обеспечивающих требуемый уровень прочностных, аэродинамических и др. характеристик при минимальных затратах на производство.
Представленная диссертация посвящена решению отмеченной проблемы применительно к подкрепленным стрингерным и гофровым панелям которые широко используются в конструкции планера самолета, корпуса ракеты, являясь одним из основных несущих элементов. Попутно рассматриваются панели из многослойного композиционного материала и сотовые трехслойные панели, которые также имеют весьма широкую область применения.
Важно отметить, что практическая потребность в программных средствах для проведения комплексного
автоматизированного проектирования, во время которого вопросы технологичности, прочности и конструктивного исполнения решались бы совместно вызвана прежде всего целесообразностью их использования на ранних стадиях проектно-конструкторских работ, стоимость которых не столь значительна (на порядок ниже стоимости изделия), но значимость принимаемых на них решений чрезвычайно высока.
Наибольшие концептуальные трудности при создании
такого программного обоспечения возникают при попытках
учета производственной и эксплуатационной
технологичности, а наибольшие технические трудности
связаны с вопросами создания расчетных блоков
оптимизации конструкции и прочностного анализа. Их
наличие в составе конструкторских САПР обеспечило бы
проведение многовариантного альтернативного
проектирования на основании анализа различных типов стрингерного подкрепления, марок конструкционных материалов, схем укладки монослоев в многослойном композиционном материале и др., а также проведение оптимизации по массе.
Вследствие вышеизложенных причин, поставленная в диссертации задача создания программного обеспечения, предназначенного для '"совместного решения проблем технологичности, и прочности в оптимальном проектировании панельных конструкций является актуальной, а ее решение может помочь созданию конкурентоспособной авиатехники.
Целью работы является разработка комплексной
методики повышения технологичности панелей крыла
самолета путем создания специализированного
программного обеспечения для проектирования панельных конструкций из условий прочности и устойчивости с учетом технологических факторов. Проводимые исследования направлены на решение конкретных производственных задач и призваны:
1. повысить качество и снизить себестоимость проектируемых элементов планера самолета типа панель за счет мпоговариаптиого анализа, комплексного подхода к вопросу проектирования;
-Г-
2. сократить сроки проведения проектно-
конструкторскнх работ за счет организации
автоматизированного целенаправленного поиска проектно-конструкторского решения и использования элементов банков данных по технологии производства подкрепленных стрингерных панелей, панелей из многослойного композиционного материала и сотовых трехслойных металлических панелей различных конструктивно-технологических вариантов панелей.
Методика выполнения работ состоит в использовании:
-
элементов теории выбора и принятия решения при формировании подходов к решению задачи учета технологических факторов при проектировании.
-
Метода декомпозиции при разработке набора частных критериев эффективного для решения задачи оценки производственной технологичности.
3. Подходов, сформированных в рамках теории
оптимального проектирования и используемых
применительно к проектированию панельных конструкций
минимального веса, работающих в конструкции в условиях
комбинированного нагружения, включая температурное.
4. Дискретного подхода при организации
оптимизационных процедур, обеспечивающих требуемую
эффективность и надежность при поиске оптимального
решения.
5. Решений задачи прочности и устойчивости для
стрингерных и гофрированных металлических панелей,
трехслойных металлических панелей, а также прочности и
устойчивости сжато-растянутых панелей из многослойного
композиционного материала.
6. Результатов, полученных при изучении особенностей
поведения человека при решении задач выбора (принятия
решения) в многокритериальной постановке.
Научная новизна состоит в:
1. Новом подходе к решению проблем технологичности и прочности в оптимальном проектировании элементов летательного аппарата, состоящим в использовании в комплексном единстве алгоритмов, методов и программ решения задач технологичности и прочности.
2. Разработке на основе теории принятия решений
модели оценки производственной технологичности сборной
конструкции типа панель.
3. Реализации в виде прикладного программного
обеспечения алгоритмов анализа прочности и устойчивости
панельных конструкций (стрингерных металлических,
гофрированных металлических в условия неравномерного
нестационарного прогрева, панелей из многослойного
композиционного материала и сотовых панелей),
работающих в диалоговом режиме по специально
разработанной схеме.
4. Разработке и программной реализации
усовершенствованных оптимизационных процедур.
5. Проведении многочисленных параметрических
исследований в напрпавлении создания оптимальных в
весовом отношении панелей, спроектированных из условий
технологичности, прочности, устойчивости.
Достоверность проведенных исследований основывается на достоверности исходных научных посылок и подтверждается хорошим совпадением результатов анализа со статистикой по экспериментальным данным, а также полным совпадением выводов по результатам проведенных параметрических исследований с результатами, полученными другими авторами.
Практическую ценность работы составляют
эффективные расчетные методики, реализованные в виде прикладного программного обеспечения, позволяющие получать достоверные данные о технологичности (себестоимости производства) и прочности (критических нагрузках и запасах прочности и устойчивости) панельных конструкций, а также отдельные выводы по результатам проведенных параметрических исследований, которые указывают на принципиальную необходимость учета технологических факторов как равноправных при проектировании, одновременно представляя информацию о путях достижения этого. В частности, практическую ценность имеют:
1. использование результатов исследования в практике конструирования в виде элемента автоматизированной подсистемы конструирования "Панель крыла", в функции
_ 7-
которой входит информационная поддержка конструктора в ходе выполнения им прочностного анализа и весовой оптимизации, минимизации уровня производственных затрат для основных типов панелей, использующихся в конструкции планера современных летательных аппаратов (стрингерных и гофрированных металлических, сотовых и панелей из композиционных материалов, работающих в условиях комбинированного нагружения и нестационарного неравномерного прогрева).
2. Оценка производственной технологичности
стрингерной металлической панельной конструкции.
3, Результаты многочисленных параметрических
оптимизационных исследований, в том числе оценка влияния
размеров, схемы установки и конфигурации поперечного
сечения стрингерного набора, а также схемы расстановки
нервюрного набора на технологичность, прочность,
устойчивость и суммарную весовую оптимальность верхней
панели и нервюрного набора крыла.
Апробация работы. Основные положения
диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
1. Второй научно-технической конференции молодых
специалистов ММЗ "Опыт" им. Туполева по прочности
самолетов "Ту", Москва, май 1987г.
2. Четвертой научно-технической конференции молодых
специалистов ММЗ "Опыт" им. Туполева по прочности
самолетов "Ту", Москва, май 1989г.
3. Второй научно-технической конференции молодых
ученых и специалистов НИИАС, Москва, 19-20 апреля
1989г.
4. Второй общезаводской научно-технической
конференции молодых специалистов ММЗ "Опыт" им.
Туполева, Москва, октябрь 1989г.
5. Семинары кафедры "Сопротивление материалов"
МАИ под руководством А.Г. Горшкова, Москва, 21 декабря
1995, апрель 1996.
6. Семинар кафедры 104 МАИ под руководством Б.В.
Бойцова, Москва, май 1996.
Публикации и внедрения. Число опубликованных работ по теме диссертации - 8, комплекс программ "Панель" введен в пробную эксплуатацию на АНТК им. Туполева (см.
- s -
Приложение 1 к диссертации - "Акт о вводе в пробную эксплуатацию программного комплекса "Панель" на АНТК им. Туполева" от 30.12.88г.).
Структура и объем диссертации. Основное содержание диссертационной работы изложено на 183 страницах машинописного текста, иллюстрировано таблицами и рисунками на 41 страницах и состоит из Введения, четырех глав, Заключения, Приложения и списка литературы из 174 наименований.
