Введение к работе
Актуальность темы.
Мягкие парашютные оболочки как средства торможения находят
применение в авиационной и космической технике. В России прошли успешно испытания управляемого спуска на двухоболочковых крыльях грузов на Северный полюс. В Западной Европе известны проекты, связанные с доставкой возвращаемых объектов космической техники в ограниченный район приземления. Наиболее перспективным с этой точки зрения является использование двухоболочковых крыльев. Мягкие крылья обладают свойствами жесткого крыла (планера) и парашюта: они могут упаковываться как парашюты, имеют малый вес, обладают высоким аэродинамическим качеством - могут планировать на большие расстояния, имеют высокие маневренные качества - обеспечивают приземление в заданный район. В связи с этим встает вопрос обеспечения прочности раскрывающихся в потоке мягких крыльев. Экспериментальное изучение раскрытия мягких крыльев сопряжено с большими затратами. Поэтому разработка методики расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) при раскрытии двухоболочкового крыла актуальна.
Представляют теоретический интерес и имеют область практического приложения задачи статического взаимодействия профиля крыла с потоком несжимаемой жидкости. Представляет практический интерес изучение НДС мягких оболочек сложной геометрии: каркасированных мембран, оболочек медицинского катетера, оболочек мягкого домкрата, оболочек различных форм парашютов.
Основная часть приведенных в работе исследований выполнена в связи с изучением поведения реальных мягкооболочечных конструкций и рассмотрена впервые.
Целью работы является: разработка и реализация численных
алгоритмов решения задач статики и динамики мягких каркасированных оболочек сложной геометрии; разработка алгоритма расчета статического взаимодействия мягкой одноосной оболочки с потоком несжимаемой жидкости и решение ряда конкретных задач; получение приближенных аналитических решений задач об НДС одноосных мягких оболочек; разработка методики расчета раскрытия и исследования НДС двухоболочкового крыла в пространственной постановке; моделирование кроя крыла; решение новых актуальных задач о раздуве оболочки медицинского катетера, подъеме груза надувным домкратом, оптимизации поверхности круглого парашюта с центральной стропой, раскрытии ленточного парашюта.
Научная новизна работы состоит в разработке унифицированных численных алгоритмов расчета НДС мягких оболочек со сложной геометрией; разработке алгоритма расчета статического взаимодействия мягкой одноосной оболочки с потоком несжимаемой жидкости, теоретическом изучении поведения мягкого крыла со стропами и поведения профиля крыла с закрепленными кромками при переходе на отрицательные углы атаки; в разработке численного алгоритма и исследовании раскрытия двухоболочкового крыла и параплана в пространственной постановке; в получении приближенных аналитических решений равновесного состояния для одноосных оболочек; решении новых задач, имеющих важное прикладное значение, и получении новых результатов о поведении мягких оболочек в потоке.
Достоверность результатов диссертационной работы обеспечивается строгостью математической постановки рассматриваемых задач; хорошим согласованием численных решений с полученными приближенными аналитическими решениями; сравнительным анализом результатов расчетов и аналитических, экспериментальных данных других авторов.
Практическая значимость работы заключается в создании вычис-
лительных комплексов программ расчета НДС раскрывающихся в потоке мягких оболочек, в состав которых входят: основная программа; подпрограммы построения пространственных форм и эпюр натяжений; блока анализа максимальных натяжений и их расположения на оболочке во времени. Полученные приближенные аналитические решения задач НДС одноосных оболочек приемлемы для оценки точности решений, полученных численными методами. Разработанные программы позволяют исследовать динамику произвольных мягких оболочек сложной геометрии, результаты исследований могут быть использованы при проектировании новых конструкций.
На защиту выносятся следующие результаты:
-Численный алгоритм и результаты исследований статического взаимодействия профиля крыла с потоком несжимаемой жидкости.
-Унифицированный численный алгоритм расчета динамики мягкой каркасированной оболочки в пространственной постановке.
-Математическая модель раскрытия двухоболочкового крыла в про
странственной постановке, результаты исследований динамики раскрытия
и модель кроя крыла. *"
-Приближенные аналитические решения задач статики одноосной оболочки.
-Результаты исследований раздува медицинского катетера, подъема груза мягким домкратом, деформирования мембраны во взрывной волне. Приближенный метод расчета на прочность и оптимизация поверхности круглого парашюта с центральной стропой. Исследование раскрытия ленточного парашюта. Результаты исследований раскрытия двухоболочкового
крыла в плоской постановке.
і Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Научно-технической конференции НИИ автоматических устройств,
Москва, 1981г.; Всесоюзном семинаре по теории мягких оболочек под руководством профессоров С.А. Алексеева, В.Л. Бидермана, А.С.Григорьева, В.И.Усюкина, Москва, 198Г г.; Всесоюзной конференции "Мягкие и гибкие оболочки в народном хозяйстве", Краснодар, 1990г.; 7-ой и 9-ой Дальневосточных конференциях по мягким оболочкам, Владивосток, 1983, 1991 г.г.; Школе-семинаре по математическому моделированию, Институт математики IIАН Украины и Херсонский индустриальный институт, Херсон, 1996г.; Семинаре НИИ математики и механики КГУ, Казань, 1996г.; Республиканской научной конференции "Проблемы энергетики", Казань, 1997г.; 7-ой Четаевской конференции "Аналитическая механика, устойчивость и управление движением", Казань, 1997г.; Международной конференции по моделям механики сплошной среды, Казань, 1997г.; На семинарах Института механики и машиностроения Казанского научного центра РАН, 1995, 1996, 1997 г. г.
Диссертация в целом обсуждалась на семинаре Института механики и машиностроения Казанского научного центра РАН.
Объем и структура диссертации. Публикации. Диссертация изложена на 275 страницах машинописного текста, состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы (169 наименований) и приложения с актами внедрения. Работа содержит 8 таблиц, 104 рисунка. Основные результаты диссертации опубликованы в 25 работах, список которых приведен в конце автореферата.