Введение к работе
Актуальность темы. Стенды для испытаний конструкций летательных аппаратов, в отличие от широкой номенклатуры испытательных стендов машиностроительной отрасли, имеют значительные размеры и массы, подвергаются более высоким статическим и динамическим нагрузкам. Поэтому они относятся к специальному оборудованию. В ракетной технике такие стенды называют негабаритными. Они проектируются и изготавливаются под специальные программы испытаний.
При разработке новой ракетной техники в целях снижения временных и материальных затрат в настоящее время применяется параллельный инжиниринг, когда проектирование, расчет, поиск технологии выполняются одновременно. При таком комплексном подходе возрастает роль экспериментальных исследований и наземных натурных испытаний. С помощью современного специально создаваемого оборудования удается проверить надежность всей конструкции ракеты и надежность функциональных срабатываний ее систем.
Одним из важных факторов успешного запуска ракет-носителей (РН) является срабатывание в полете системы разделения боковых и центрального блоков РН пакетной схемы, которое должно выполняться строго по заранее заданной программе, чтобы гарантировать безударное разделение. Иначе при отстреле боковые блоки могут ударить по центральному, повредить его и изменить траекторию РН. Поэтому необходимо проверить работоспособность системы разделения в наземных условиях. Для этого создается специализированное оборудование для испытаний - негабаритный стенд. Тема диссертации напрямую связана с разработкой нового стенда для испытания системы разделения блоков создаваемой РН тяжелого класса, что свидетельствует об актуальности темы.
Цель работы - создание расчетно-экспериментальной методики проектирования и изготовления силовой части (фермы) негабаритного стенда с несущей способностью, достаточной для динамических испытаний ракетных конструкций.
Объект, предмет и методы исследования. Объектом исследования является силовая ферма негабаритного испытательного стенда, собранная сваркой из металлических профилей: швеллеров и уголков. Предмет исследования - несущая способность фермы стенда и типовых сварных узлов. Методы исследования -теория деформируемого твердого тела, метод конечных элементов, экспериментальные исследования.
Научная новизна работы.
Разработана расчетная схема сборно-сварной фермы стенда для испытания системы разделения блоков РН на основе конечно-элементной модели в линейной постановке с учетом статического и динамического нагружений.
Разработаны расчетные схемы типовых сварных узлов фермы на основе конечно-элементных моделей в линейной и нелинейной постановках с учетом статического и ударного нагружений.
Сформирован вычислительный блок FC с использованием аналитических зависимостей для проектировочных расчетов профилей, сварных узлов фермы и крепежных элементов.
4. Разработаны программа испытаний и конструкции образцов, на которых
проведены испытания на прочность типовых сварных узлов.
5. Экспериментально и численно исследовано влияние на несущую способность
сварных узлов фермы угла между элементами жесткости (профилями), взаимного
расположения в узле швеллеров и уголков, направления внешних сил, а также
механизма разрушения сварного узла.
6. Дан анализ воздействия нагруженной фермы стенда на пол и колонны
статзала для испытаний при имитации рабочих нагрузок на РН.
Положения, выносимые на защиту.
Методика определения несущей способности сборно-сварной фермы негабаритного стенда при действии статической и ударной внешних нагрузок.
Методика расчета типовых сварных узлов фермы на прочность.
Результаты численных исследований фермы на прочность, устойчивость и колебания.
4. Результаты экспериментальных и численных исследований несущей
способности типовых сварных узлов фермы.
Расчетно-экспериментальная оценка влияния углов между профилями, их взаиморасположения, направления нагрузки, механизма разрушения на несущую способность сварных узлов фермы.
Частотный и силовой анализ системы изделие - ферма - пол статзала -колонны статзала.
Достоверность и обоснованность основных научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обеспечиваются полнотой учета факторов, влияющих на несущую способность фермы, применением математических моделей, основанных на классических соотношениях теории упругости и пластичности, строительной механике летательных аппаратов, и согласованностью теоретических результатов с данными экспериментальных исследований.
Практическая ценность работы определяется предложенным конструктивно-технологическим решением сборно-сварной фермы негабаритного специализированного стенда, инженерной методикой оценки несущей способности фермы стенда и сварных узлов, результатами численного и экспериментального исследований конструкции фермы и сварных узлов, выявленной зависимостью прочности сварного соединения профилей от углов между ними; использованием результатов работы в конструкции реального испытательного стенда.
Апробация работы. Основные результаты работы представлялись на конференциях:
1) XVII Международной научно-технической конференции «Машиностроение
и техносфера XXI века», г. Севастополь, 2010. Мусатов В.А., Егоров В.Н.
Обеспечение соответствия динамических испытаний конструкций летательных
аппаратов полетным нагрузкам;
2) VIII Международной конференции NPNJ, 25-31 мая 2010 г., г.Алушта,
Крым. Егоров В.Н., Мусатов В.А. Особенности математического моделирования
динамических процессов на негабаритных стендах;
30-й Ежегодной научно-практической конференции «Композиционные материалы в промышленности», 3-10 июня 2010 г., г. Ялта, Крым. Мусатов В.А., Егоров В.Н. Конструктивно-технологические решения в стендовом оборудовании для аэрокосмической техники;
Восемнадцатой международной конференции «Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики», 4-8 октября
2010 г., г. Ялта, Крым. Мусатов В.А. Контроль при изготовлении сварной ферменной конструкции протяженного испытательного стенда;
5) 9-й Международной конференции «Авиация и космонавтика-2010»,
г. Москва, 16-18 ноября 2010 г. Мусатов В.А. Технология изготовления сборно-
сварной фермы стенда для испытания в динамике ракетных конструкций;
6) XVII Международной конференции ВМСППС2011, Алушта, Крым, 25-31
мая 2011 г. Мусатов В. А. Численный анализ напряженного состояния
высоконагруженного испытательного стенда;
7) 31-й Ежегодной научно-практической конференции «Композиционные
материалы в промышленности», 6-10 июня 2011 г., г. Ялта. Мусатов В.А.
Технология изготовления стендов для испытаний конструкций летательных
аппаратов.
Публикации. Основное содержание и результаты диссертации изложены в 10 публикациях, в том числе три статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка использованной литературы из 60 наименований. Объем диссертации составляет 103 страницы основного текста и 12 страниц приложений.
