13 Лекция Рациональный выбор несущих конструкций. Снижение массы несущих конструкций.

Цель: изучение методики рационального выбора несущих конструкций и снижения массы НК.

Задачи:

1. Рассмотреть соотношения, позволяющие осуществить рациональный выбор НК.

2. Изучить основные положения по снижению массы несущих конструкций.

Учебная информация

Рациональный выбор НК.

Блоки современной ЭВА бывают в форме шара, цилиндра, многогранной призмы, прямоугольного параллелепипеда или их частей. Корпуса блоков обычно изготавливают из тонколистного материала одинаковой толщины.

Для рационального выбора формы блоков используют три параметра.

1) Приведенная площадь наружной поверхности:

Чем меньше S_пр, тем форма блока оптимальнее по массе. Для шара, полушара и куба значение S_пр является постоянной величиной и зависит от диаметра шара и длины стороны (b) куба. При увеличении длины цилиндра, призмы и параллелепипеда значение S_пр уменьшается, при l=d=b - наиболее оптимальными по массе является параллелепипед, шар, куб, цилиндр и прямая призма.

Расчеты показывают, что при одинаковых объемах блока шар имеет минимальное значение S_пр.

2) Коэффициент приведенных площадей:

Коэффициент приведенных площадей K_пр показывает, во сколько раз приведенная площадь блока любой конфигурации больше S_пр.ш. Наилучшее значение K_пр имеют блоки в форме цилиндра, восьми- и шестигранника.

Между S_пр и K_пр существует зависимость:

Индексами 1 и 2 обозначены блоки двух любых конфигураций. Данное соотношение позволяет сравнивать между собой блоки любой конфигурации.

3) Коэффициент заполнения объема.

Коэффициент заполнения объема K_з.о показывает, сколько процентов от объема V_об, отводимого на объекте, занимает непосредственно аппаратура V_апп.:

Снижение массы несущих конструкций.

При создании ЭВА с минимальной массой НК целесообразно придерживаться следующих правил.

1) Простота несущих конструкций.

2) Оптимальные запасы по прочности.

Запас прочности необходимо выбирать с учетом вида аппаратуры и объекта установки, ее долговечности, сохраняемости и других параметров.

3) Равнопрочность деталей.

Равнопрочная деталь, работающая на растяжение - сжатие должна иметь одинаковые напряжения во всех сечениях.

4) Оптимальная жесткость деталей.

Условие равножесткости деталей, изготовленных из одинакового материала:

для случая растяжения - сжатия ;

для случая изгиба ;

Поскольку линейные размеры деталей НК определяются габаритами блоков, стоек, шкафов, то жесткость конструкции будет зависеть от формы и размеров сечений деталей.

Оптимальную жесткость деталей получают методами, не требующими увеличения массы:

- в листовых деталях необходимо вводить отбортовки, выдавки, ребра жесткости и другие элементы, повышающие жесткость.

- необходимо напряжение изгиба в деталях заменять на напряжение растяжения - сжатия вводя дополнительные стержни.

5) выбор формы профилей деталей НК, блоков и конфигураций передних панелей необходимо проводить с учетом их рациональных характеристик.

6) Во все детали необходимо вводить облегчающие отверстия, проточки, чтобы изъять лишний материал, не несущий нагрузки.

7) Материалы НК необходимо выбирать с учетом удельных прочности и жесткости или обобщенного коэффициента.

8) Выбор покрытий.

9) В процессе конструирования необходимо сравнивать различные варианты конструкций и их элементов, выбирая вариант, имеющий минимальную массу.

Вопросы для самопроверки:

1. Поясните соотношения, позволяющие осуществить рациональный выбор НК.

2. Что такое приведенная площадь конструкции, как определяется?

3. Что такое коэффициент приведенных площадей?

4. Как вычисляется коэффициент заполнения объема?

5. Каковы основные правила по снижению массы несущих конструкций?