1.5.1 Розрахунок верхнього шпангоута

Для розрахунку площі верхнього розпірно-стикувального шпангоута (рис. 7)

скористуємося формулою із [1], яка враховує підкріплюючий вплив прилягаючих оболонок

q

R_сф

N_

q

рис. 7

Знайдемо момент інерції шпангоута

Умова стійкості має вигляд: , де

де — максимальне меридіональне зусилля у верхньому днищі (РВ1)

Критичне навантаження визначається за формулою:

Підставивши в умову стійкості, і виразивши момент інерції одержуємо:

Приведена формула для знаходження критичних напружень працює тільки в пружній зоні. Перевіримо умову .

Умова виконується ( ).

1.5.2 Розрахунок нижнього шпангоута

Для розрахунку площі нижнього шпангоута виразимо стискальне зусилля , діюче на шпангоут в його площині через стискальне меридіональне зусилля у конічній частині нижнього днища (рис. 8) , де –— максимальне меридіональне зусилля в конічній частині нижнього днища.

рис. 8

Запишемо рівняння рівноваги в проекції на площину шпангоута

Звідки

Шпангоут стискається. Умова не руйнування .

Звідки площа шпангоута:

Знайдемо момент інерції нижнього шпангоута

Умова стійкості має вигляд: , де

Критичне навантаження визначається по формулі

Підставивши в умову стійкості, і виразивши момент інерції одержуємо:

1.6 Розрахунок закінцівок

Так як під час виготовлення бака його складові частини зварюються, то в зоні зварювання виникає необхідність збільшення товщини металу. Бо відомо що при нагріванні нагартований матеріал Амг6Н перетворюється в м’який Амг6М, і необхідно забезпечити міцність зварного шва і товщина закінцівки вафельного сегменту буде .

Зниження характеристик м’якого матеріалу буде на 10% для швів першої категорії, і на 20% для швів другої категорії.

Для аргонно-дугового зварювання довжина зони зварювання буде

.

Для стінки підкріпленої (вафельної) оболонки:

товщина закінцівки

довжина закінцівки

Для нижнього днища: конічний сегмент

товщина закінцівки

довжина закінцівки

сферичний сегмент

товщина закінцівки

довжина закінцівки

Для верхнього днища:

товщина закінцівки

довжина закінцівки

2.Розрахунок сухого відсіку

Для розрахунку сухого відсіку клепаної конструкції не використовують схему конструктивно ортотропної оболонки. Це пов’язано з тим, що силовий набір, за технологічними причинами, розташовується порівняно рідко. Для такої конструкції (сухий відсік) руйнування, в першу чергу, пов’язано з втратою стійкості стрингера або шпангоуту. Для проектувального розрахунку будемо використовувати спрощену розрахункову схему, а саме: клепаний сухий відсік стрингерної конструкції. Який в першому наближенні можна розглядати як набір криволінійних панелей, які підкріплені продольним та поперечним силовим набором. Такі пластини називають панелями. В даному випадку допустима втрата стійкості обшивки між ребрами, але необхідно врахувати долю цієї обшивки в сумарній несучій спроможності.

Діюча на відсік осьова сила та згинальний момент приводяться до еквівалентної стискаючої сили єа такою формулою:

.

Умова працездатності відсіку матиме вигляд:

;

.

Для роботи розрахунку сухого відсіку використовувалися:

1.Аналітичні залежності книга [2]

2.Метод перебору.

Розрахунок сухого відсіку виконується DRYBAY.

Для програми нам пожадобились аналітичні залежності .Програма працює по методу перебору.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

ГЕОМЕТРИЯ ОБОЛОЧКИ :

радиус оболочки = 100.0 [см]

длина оболочки = 230.0 [см]

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ НАГРУЗКИ :

осевое сжимающее усилие = 97000. [кгс]

изгибающий момент = 0. [кгс*см]

Коэффициент безопасности = 1.30

Максимально допустимое значение критерия " Г " = 50.

г================T==========T==========T=========¬

¦ ¦ стрингер ¦ шпангоут ¦ обшивка ¦

¦----------------г==========+==========+=========¦

¦ модуль ¦ ¦ ¦ ¦

¦ упругости ¦ .720E+06 ¦ .720E+06 ¦.700E+06 ¦

¦ 1-го рода ¦ ¦ ¦ ¦

¦ [кгс/(см*см)] ¦ ¦ ¦ ¦

¦----------------+----------+----------+---------¦

¦ предел ¦ ¦ ¦ ¦

¦ пропорц.-ти ¦ 1950. ¦ ====== ¦ 1450. ¦

¦ [кгс/(см*см)] ¦ ¦ ¦ ¦

¦----------------+----------+----------+---------¦

¦ предел ¦ ¦ ¦ ¦

¦ текучести ¦ 3000. ¦ ====== ¦ 2800. ¦

¦ [кгс/(см*см)] ¦ ¦ ¦ ¦

¦----------------+----------+----------+---------¦

¦ удельный ¦ ¦ ¦ ¦

¦ вес ¦ 2.800 ¦ 2.800 ¦ 2.750 ¦

¦ [г/(см*см*см)] ¦ ¦ ¦ ¦

L================¦==========¦==========¦=========-

Вид расчета: ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ

ПРОСТРАНСТВО ПОИСКА ОПТИМАЛЬНЫХ ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВ :

1. N-стрингеров - [ 31 .... 63] или [10.0 см .... 20.3 см]

2. N-шпангоутов - [ 3 .... 7] или [28.8 см .... 57.5 см]

3. Обшивка - [ .08 .... .08] [см]

4. Характеристики профилей:

стрингер - набор из 39 стандартизованных профилей

типов ПР101, ПР109, ПР307

шпангоут - набор из 15 стандартизованных профилей

типа ПР105

(смотри файл " profill.dat ")

--------------------------------------------------------------------

0

Количество стpингеpов = 63 или 10.0 см

Тип пpофиля стpингеpов - ПР109

Номеp пpофиля стpингеpов - 1

Количество шпангоутов = 2 или 38.см

Тип пpофиля шпангоутов - ПР105

Номеp пpофиля шпангоутов - 1

Толщина обшивки = .100 [см]

ДРУГИЕ ПАРАМЕТРЫ ОБОЛОЧКИ :

Параметри промежуточного шпангоута

Соответствует критерию «Г» =58

Вес оболочки = 75. [кгс]

( без учета торц. шп.-тов, фитингов,

деталей общей сборки, конструктивных особенностей )

Эквивалентное расчетное осевое усилие = 141700. [кг]

Коэфф.запаса прочности по общей устойчивости = 1.0106

Коэфф.запаса прочности по местной устойчивости = 1.3270

===================================================================

Перелік посилань

1. Лизин В.Т., Пяткин В.А. Проектирование тонкостенных конструкций. –Москва: Машиностроение, 1985.

2. Прочность ракетных конструкций под ред. В.И. Моссаковского . Москва : Высшая школа, 1990.

3. Линник А.К., Конструирование корпусов жидкостных баллистических ракет. -Днепропетровск : издательство ДГУ, 1994

4. Строительная механика ракет: Учебник для машиностроительных специальностей вузов/Л.И.Балабух, Н.А.Алфутов, В.И.Усюкин. – М.:Высшая школа, 1984.

5. Строительная механика летательных аппаратов: Учебник для авиационных специальностей вузов/И.Ф.Образцов, Л.А.Булычев, В.В.Васильев и др.; Под ред. И.Ф.Образцова. – М.: Машиностроение, 1986.

Додатково:

Для розрахунку на стійкість збільшимо стискаючу силу в десять раз

Для того, щоб визначити найгірший с точки зору стійкості варіант, розрахуємо еквівалентну силу з урахуванням змін, у другому та третьому розрахункових випадках. С урахуванням розвантаження отримаємо:

РВ2

Для перетину 1

РВ3

Для перетину 1

РВ2

Для перетину 2

РВ3

Для перетину 2

В усіх розрахункових випадках розвантаження не перевищує еквівалентну стискаючу силу. Таким чином стінка циліндричного баку працює на стискання і працює на стійкість.

працює в упругій зоні і всі формули вірні. Так ми бачимо що в РВIII більша, тому й розрахунок проводимо

по РВIII. Знайдемо силу, діючу на стінки бака з урахуванням

розвантаження:

Знайдемо р для визначення k та скористуємось графіком залежності

1.

П риймаємо приблизно Кр = 0.35

2.

П риймаємо приблизно Кр = 0.335

Знайдемо коефіцієнт запасу стійкості:

1. Вихідні данні для програми Shell:

R = 1,5 м = 150 (см)

Т_е = 41410^-4 Н= 41,4 (тс)

М_е = 0

Р_мах = 0,32 МПа = 3.2( кгс/см² )

Р_міn = 0,27 МПа = 2.7 (кгс/см²)

E = 6,610⁴ МПа = 660000 (кгс/см²)

_В= 370 МПа = 3700(кгс/см²)

Таблиця 3. Отримані значення параметрів

Оптимальна еквівалентна товщина оболонки отримана при

Приймаємо h_екв = 0,0035 м

Товщина оболонки з розрахунку на устійкість h_екв = 0,0056 м

0.0056/0.0035=1.6

Розрахована еквівалентна товщина в 1,6 рази меньше, ніж товщина в випадку гладкої оболонки, тобто і маса в 1,6 рази буде меньше у вафельної.

Висновок: конструкція вафельної стінки буде менша по масі ніж гладка стінка, тому вибираємо вафельний варіант, користуючись критерієм мінімальної маси. Приймаємо товщину

 = 0,0048 м

26