15

Самарский государственный аэрокосмический университет

имени академика С.П.Королева

Кафедра летательных аппаратов

Лабораторная работа

по дисциплине

«Введение в специальность 230301-

Моделирование и исследование операций

в организационно-технических системах»

Моделирование внутренних усилий, возникающих в элементах конструкций летательных аппаратов

Разработал профессор В. И. Куренков

Самара 2006

Цель занятия: Знакомство студентов с основными принципами расчета ае прочность летательных аппаратов.

С этой целью студенты должны:

- понять принцип определения внутренних усилий в корпусе летательных аппаратов (ЛА) по внешним нагрузкам

- иметь представление о напряжениях, действующих в элементах конструкции летательных аппаратов и о предельных напряжениях, выдерживаемых конструкционным материалом;

- уяснить условие прочности;

- познакомиться с понятиями эксплуатационных и расчетных нагрузок (напряжения), уяснить смысл коэффициента безопасности и коэффициента запаса прочности;

- познакомиться с упрощенной методикой расчета на прочность корпуса ЛА при воздействия осевых нагрузок ;

- уметь произвести подбор геометрических сечений типа уголков для простейших случаев нагружения (растяжения-сжатия).

Задание:

1.Изучить теоретическую часть данной темы.

2. Проанализируйте и выполните задание из вариантов заданий, приведенных в конце методических указаний. Номера задач для каждого студента, как правило, соответствуют порядковому номеру студента в учебной ведомости.

3. Оформите отчет в текстовом редакторе Word в соответствии с СТП СГАУ по оформлению учебных текстовых документов.

4. Отчитайтесь преподавателю, ответив устно на некоторые контрольные вопросы, приведенные в конце методических укаханий.

Методические указания

Расчетную часть можно проводить по выбору студента с использованием калькулятора, табличного процессора Excel или математической системы Mathcad.

В отчете должны быть приведены исходные данные для расчета, расчетные схемы, расчетные зависимости и нарисовано сечение стрингера с частью обшивки с обозначением основных размеров. В тексте отчета должны быть необходимые пояснения производимых расчетов.

Дополнительное задание (для выполнивших основное задание)

Рассчитайте толщину цилиндрической части бака при избыточном давлении 1, 2, 3, и т.д. Мпа. Численное значение давления в баке (в Мпа) должно соответствовать порядковому номеру студента в учебной ведомости. Диаметр бака 2 м, материал - алюминиевый сплав с допустимым напряженнием 200 Мпа. Методику расчета см. в конспекте лекций.

Теоретическая часть

5.3.1. Принципы определение внутренних усилий в корпусе летательного аппарата по внешним нагрузкам

При воздействии на летательный аппарат (ЛА) внешних сил в элементах конструкций возникают внутренние усилия (силы, возникающие от давления в баках условно относят к внешним нагрузкам). Значение и распределение внутренних усилий в значительной степени определяется значением и характером распределения внешних нагрузок по поверхности корпуса ЛА. Суммарное действие внутренних усилий представляется, как правило, в виде осевых сил (N) растяжения-сжатия, перерезывающих сил (Q) и изгибающих моментов (М), которые равны по значению соответствующим силам и моментам от внешних нагрузок и противоположно им направлены. Или иначе: внутренние усилия уравновешивают внешние силы.

Для определения внутренних усилий в корпусе ЛА должны быть известны внешние силы и перегрузки, методы определения которых изложены в методическом пособии к лабораторной работе "Модели для оценки нагрузок, действующих на летательные аппараты".

На рис. 5.1 показана схема внутренних усилий Q , N и моментов М, возникающих в одном из сечения корпуса ЛА, которые уравновешивают внешние силы, действующие на отсеченные части ЛА.

Рис. 5.1. К понятию возникновения внутренних усилий в элементах конструкции ЛА

На рисунке введены следующие обозначения: и - аэродинамические силы, действующие на отсеченную часть ЛА ( - сила лобового сопротивления, - подъемная сила);

P - сила тяги двигателя,

- управляющая сила,

- давление наддува бака.

Следует отметить,что на этой схеме не приведены силы веса отдельных частей ракеты, так как при определении внутренних усилий эти силы неравномерно распределены по корпусу ракеты. Силы веса будут учтены с помощью перегрузок, действующих по соотве6тствующим осям летательного аппарата.

Пусть, например, задана сила , перегрузка в расчетный момент времени , и известна масса отсеченной части конструкции (выше рассматриваемого сечения). Тогда осевая сила определяется следующим образом

. (5.1)

Знак минус указывает на то, что сила сжимающая.

Значение величины внутренних усилий и моментов само по себе еще не говорит о том, прочна конструкция или нет, поскольку сечения элементов могут быть и толстыми и тонкими. Поэтому обычно рассматривают напряжения, возникающие в элементах конструкций и сравнивают их с допустимыми.

Введем понятие о прочностном расчете конструкции, о напряжениях, о разрушении и о выходе конструкции из строя.