РАСЧЕТЫ МЕХАНИКИ И ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ


Расчет на прочность макета кабины летательных аппаратов
под действием перегрузки 10g и 15g

     Введение

     Расчет проводился с использованием программного продукта – CAD/CAE «Система автоматизированного расчета и проектирования механического оборудования и конструкций APM WinMachine 13 (Система APM WinMachine 13).
     Прочностной анализ выполнялся в модуле APM Structure3D, входящего в состав системы APM WinMachine v.13. имеющей сертификат соответствия № РОСС RU.СП15.Н00524 требованиям следующих нормативных документов:

          •    СП 20.13330.2011 (СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»);
          •    СП 14.13330.2011 (СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах»);
          •    СП 16.13330.2011 (СНиП II-23-81* «Стальные конструкции»);
          •    СП 15.13330.2012 (СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции»);
          •    СП 52-101-2003 («Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры»);
          •    СП 50-101-2004 («Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений»);
          •    СП 50-102-2003 («Проектирование и устройство свайных фундаментов»);
          •    СТО 36554501-002-2006 («Деревянные клееные и цельнодеревянные конструкции. Методы проектирования и расчета»);
          •    ГОСТ Р ИСО 9127-94 («Документация пользователя и информация на упаковке по-требительских программных пакетов»);
          •    ГОСТ Р ИСО/МЭК 12119-2000 («Информационная технология. Пакеты программ. Требования к качеству и тестирование»).

     Модуль APM Structure3D имеет сертификат соответствия № РОСС RU.СП15.Н00524 от 15.08.2012 г. и аттестационный паспорт программного средства №330 от 18 апреля 2013 г., выданный Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор).

 

     Цель работы: расчет прочностных характеристик исследуемого макета конструкции кабины и обоснование возможности его использования в качестве кабины ЛА после дооснащения её приборным оборудованием, установки на плече центрифуги и проведения в ней работ при вращении с перегрузкой до 10g и до 15g.
     Проверочный расчет несущей конструкции кабины выполнен на основании технического задания в соответствии с общими принципами работоспособности и надежности конструкций по методу предельных состояния первой группы (состояния, при которых происходит исчерпание несущей способности (прочность, устойчивость или выносливость) конструкции при соответствующих комбинациях нагрузок, которые могут сопровождаться разрушениями любого вида, превращением системы в механизм, образованием трещин, цепи пластических шарниров и др.).
     В ходе статического анализа расчетной модели определены: опорные реакции, внутренние силовые факторы, напряжения и деформации, возникающие в элементах конструкции, получены оценки ее статической прочности.
Значения внутренних силовых факторов в узлах модели, полученные из результатов статического анализа, использовались в качестве исходных данных при выполнении проверочных расчетов соединений на статическую прочность.
     На основании результатов прочностного расчета  было дано заключение о возможности дальнейшей безопасной эксплуатации макета кабины на центрифуге, после проведения на ней регламентных работ, а также рекомендации по усилению критичных компонент изделия.

     Конструктивная схема изделия

     Изделие представляет собой металлическую кабину с укреплённым в ней приборным оборудованием. Несущий каркас образуют лонжероны и шпангоуты, обшитые дюралюминиевыми листами (обшивкой).
     Лонжероны (элементы продольного набора каркаса) воспринимают главным образом продольные силы и изгибающие моменты, а также связывают между собой элементы поперечного набора – шпангоуты.
     Шпангоуты являются элементами поперечного набора каркаса, придают кабине заданную форму поперечного сечения, обеспечивают поперечную жесткость, а также воспринимают местные нагрузки и подкрепляют жесткую обшивку.
     Обшивка выполняется из листов алюминиевого сплава и крепится к элементам каркаса. Листы обшивки соединяются между собой по шпангоутам встык.

     Конечно-элементная модель

     Построение конечно-элементной модели для расчёта прочности конструкции кабины стенда, а так же узлов крепления оборудования, выполняется в программном комплексе APM WinMachine 13. Данная программа позволяет выполнить построение модели, достоверно описывающей геометрию и поведение реального объекта, с последующим расчётом МКЭ.
     При построении расчётной модели использовались стержневые (балочные), трех- и четырехузловые пластинчатые, шести- и восьмиузловые объемные конечные элементы.
Кинематические и силовые граничные условия были заданы в соответствии с технической документацией на изделие.

 

 

3D модель конструкции макета кабины

КЭ модель макета кабины в APM Structure3D

КЭ модель макета кабины в APM Structure3D

Схема установки опор в расчетной модели

     Кинематические граничные условия и связи

     Схематизация условий закрепления модели предполагает имитацию ограничений, налагаемых внешними и внутренними связями на положение упругой системы в целом и отдельных конструктивных элементов. При моделировании поведения несущей конструкции рассматривается вариант ее фиксации на плече центрифуги. Внешние связи системы воспроизводились заданием ограничений на перемещения опор относительно глобальной системы декартовых координат (ГСК модели).

Ориентация модели относительно оси вращения при перегрузке 10g

Ориентация модели относительно оси вращения при перегрузке 15g

     Внутренние связи модели имитировали условия соединения отдельных конструк-тивных элементов кабины. Приближение к реальным условиям соединения таких элементов конструкции достигалось путем введением в расчетную модель фиктивных (недеформируемых) стержней и снятием с них ограничений на отдельные степени свободы.

     Нагружение конструкции кабины

     Несущая конструкция кабины находится под действием систем распределенных вертикальных и горизонтальных сил. Вертикальные силы создаются собственным весом конструкции, оборудования и пилота. Горизонтальную нагрузку на конструкцию создают силы инерции, возникающие при вращении кабины.

     Результаты расчета

     Проведение статического расчета производится в модуле расчета напряженно-деформированного состояния, устойчивости, собственных и вынужденных колебаний деталей и конструкций с использованием метода конечных элементов – APM Structure3D, входящего в состав системы автоматизированного расчета и проектирования механического оборудования и конструкций APM WinMachine.

 

Карта распределения эквивалентных напряжений в
модели макета металлоконструкции кабины; SVM, МПа

Карта распределения эквивалентных напряжений в верхних балках; SVM, МПа

Карта распределения эквивалентных напряжений в конструкции пола; SVM, МПа

Карта распределения эквивалентных напряжений в каркасе доски приборов; SVM, МПа

     Заключение

     Таким образом, представленная работа показывает, что система APM WinMachine может успешно применяться для оценки прочности конструкции летальных аппаратов.
     Использование APM WinMachine для таких расчетов позволяет выполнить все требования, предъявляемые к конструкциям ЛА, облегчает труд и экономит время инженера.

© ООО НТЦ "АПМ" 2018. Все права защищены
Создание сайтов
Студия дизайна «Веб-Арена»