40

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ БИЙСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (филиал) ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» (БТИ АлтГТУ) ул. Трофимова, 27, г. Бийск, 659305 тел.(3854)252909, факс:(3854)252486 E-mail: info@bti.secna.ru

КАФЕДРА РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

УТВЕРЖДАЮ:

Заведующий кафедрой «РД»

докт. техн. наук, пофессор Жаринов Ю.Б.

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

«МЕТОДИКА РАСЧЕТА ДЕФОРМИРОВАНИЯ, ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ И ПРОЧНОСТНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ»

Методическое пособие

Дисциплина СД.02 – Динамика и прочность РД

Специальность 130400 – Ракетные двигатели

Специализация 130409 – Высокотемпературные установки и технологии.

Разработал

заведующий кафедрой «Техническая Механика»

докт. техн. наук, пофессор Казанцев В.Г.

Бийск 2009

Введение

Настоящая методика основана на параметрических численных исследованиях напряженно-деформированного состояния крупногабаритных изделий сложной формы, проведенных методом конечных элементов, полуаналитическим методом конечных элементов (действие массовых сил), методом граничных интегральных уравнений, а также на зависимостях, полученных при отработке прочности натурных изделий с плоскими и нависающими торцами.

К рассмотрению предлагаются восемь типовых расчетных схем (РС) крупногабарит-ных РДТТ с зарядами, имеющими различия в размерах, строении внутренней перфорации канала, в схемах крепления с корпусом, геометрии торцов – нависающие куполообразные или плоские, отличающиеся по уровню и действию на них внешних нагрузок. Предлагаемые Р-схемы представляют собой далеко не полный перечень разнообразия форм зарядов, однако могут считаться типовой, базовой основой, позволяющей развить навыки прочностного расчета и проектирования РДТТ различного класса и назначения.

1. Расчетные схемы и опасные зоны

Перед началом изучения деформирования и прочности конкретного двигателя необходимо дать оценку особенностям его конструкции, выделяя с точки зрения прочности, опасные зоны заряда. Базируясь на опыте отработки прочности крупногабаритных изделий, на рисунке 1 указаны основные конструктивные несовершенства, наиболее часто встречающиеся в РДТТ и выделенные нами как «опасные зоны».

Рисунок 1 – Опасные зоны заряда для основных случаев нагружения РДТТ.

Цилиндрическая часть канала заряда и зона скрепления заряда с корпусом в центральном сечении изделия (позиции Е и Ж); Зона выхода клеевого шва (позиция В); Вершины щелевых вырезов (позиция Г); Основания щелевых вырезов (позиция Д); Вершины выточек или выемок (позиция З).

Для проведения расчета деформирования и оценки прочности РДТТ необходимо выбрать расчетную схему, адекватно передающую напряженно-деформированное состояние реального изделия в опасных зонах для заданных условий нагружения.

Расчетной схемой заряда РДТТ называется упрощенное схематическое изображение конструкции, в которой присутствуют все конструктивные элементы заряда, влияющие на его деформирование и прочность, а элементы двигателя не влияющие на прочностные характеристики изделия удаляются из рассмотрения.

Методы сведения реальной геометрии к адекватной расчетной схеме изложены в курсе лекций «Динамика и прочность РД».

Использующиеся в расчетах прочности виды базовых типовых расчетных схем показаны на рисунке 2.

Рисунок 2 – Базовые типовые расчетные схемы.

а) Плоские торцы;

б) Раскрепленные торцы;

с) Скрепленные торцы.

При использовании настоящей методики для расчета действующих напряжений и деформаций необходимо подготовить следующие основные исходные данные (см. рисунок 2).

а – внутренний радиус, см;

b – внешний радиус, см;

L – длина цилиндрической части, см;

h – толщина корпуса, см;

t_T – толщина ТЗП, см;

t_f – толщина манжеты, см;

t_L – толщина ЗКС, см;

S – размер технологического раскрепления, см;

E – модуль упругости, Мпа;

- коэффициент Пуассона;

- тангенциальный модуль упругости корпуса, Мпа;

E_Z – осевой модуль упругости корпуса, Мпа;

- коэффициент Пуассона корпуса;

- плотность;

- коэффициент линейного расширения, 1/ ⁰С;

E_L – модуль упругости ЗКС, Мпа;

E_T – модуль упругости ТЗП, Мпа;

T_p – равновесная температура, ⁰С;

T_э – среднеобъемная температура заряда, ⁰С.