Расчет фланцевого соединения крепления крышки люка-лаза

В связи с тем, что баки ракеты находятся под одинаковым давлением наддува и люки-лазы баков имеют одинаковые геометрические размеры, то проведем расчет одного фланцевого соединения люка-лаза.

Исходные данные:

1. Число болтов n = 30

2. Давление наддува р = 4×10⁵ МПа

3. Диаметр люка-лаза D = 0,4 м

4. Материал прокладки - медь

5. Материал болта - сталь 40Х: s_р = 431,5 МПа

6. Ширина прокладки b = 5 мм

Рис. 12 Расчетная схема .

Определяем усилие затяжки болтов:

Из условия прочности прокладки.

Эта сила будет вызывать на опорной поверхности прокладки удельное давление q₀.

где q_р = 200 МПа - допустимое удельное давление на опорной поверхности прокладки, определяемое ее материалом.

Из условия обеспечения герметичности соединения.

где F = p×p×D²/4 = 50265.5 Н - сила, действующая на прокладку от давления наддува;

k_вн = 0,1 - коэффициент внешней нагрузки.

q_0min = 70 МПа - допускаемое удельное давление на прокладку по условию герметичности.

Проводим расчет болта на прочность.

Определяем внутренний диаметр резьбы.

где k_kp = 1,2 - коэффициент, учитывающий напряжение кручения для метрическое резьбы.

По внутреннему диаметру определяем диаметр болта.

Выбираем болт М10.

Расчет сухих отсеков ракеты

Стрингерный отсек в качестве основных силовых элементов содержит стрингеры и шпангоуты. Определенную долю нагрузки воспринимает обшивка. Шаг стрингеров и толщина обшивки выбираются таким образом, чтобы обшивка не теряла устойчивости до разрушения отсека. Критические напряжения стрингерной конструкции значительно выше критических напряжений аналогичной по массе гладкой оболочки. Стрингеры воспринимают в основном продольные сжимающие усилия и подкрепляют оболочку. Обшивка воспринимает как продольные сжимающие усилия, так и поперечные сдвигающие усилия, а так же внешнее избыточное давление. Шпангоуты воспринимают сосредоточенные радиальные усилия и давления, касательные силы и моменты, подкрепляют обшивку и стрингеры.

Расчет приборного отсека 2 ступени.

Исходные данные:

1. Продольная сила Т = 101884 Н

2. Изгибающий момент М = 16001 Н×м

3. Радиус ракеты R = 0.9 м

4. Материал стрингера и обшивки - алюминиевый сплав АМг-6:

s_т = 280 МПа, s_п = 70 МПа, Е = 7,1×10¹⁰ Па

5. Расстояние между шпангоутами а = 0,8 м

6. длина отсека l = 0,8 м

7. Число стрингеровn_c = 20

8. Толщина обшивки отсекаd = 1 мм

Расчет производим на общую и местную устойчивость.

1. Определяем эквивалентную силу

2. Определяем радиус инерции поперечного сечения стрингера

где I - момент инерции стрингера относительно обшивки

I = I_c + F_c×V²

где V - расстояние от центра тяжести стрингера до обшивки.

В качестве стрингера выбираем тавр №18 с параметрами сечения:

Н = 12 мм, b = 30 мм, F = 46.8 мм², d₁ = 1 мм, d₂ = 1,2 мм.

I = 408,372 мм⁴

Рис. 13 Сечение стрингера

V = 1.984 мм

I = 408.372 + 46.8×1.984² = 5.927×10^-10 м⁴

i = 0.00356 м.

3. Определяем гибкость стрингера

l = a/i = 0,8 / 0,00356 = 224,798

4. Определяем критическое напряжение изолированного стрингера в предположении его безграничной упругости и условии С =1.

s^с_кр* = p^2×Е_с / l² = p^2×7,1×10¹⁰/ 224,798 = 13,866 МПа

5.Определяем критическое напряжение общей устойчивости стрингера при условии С > 1.

Если s^с_кр* > s_п, то

Если s_п / 9 < s^с_кр* < s_п, то

6. Определяем деформацию стрингера

В упругой области деформации стрингера

e_с = s^с_кр / Е = 3,9799×10⁷ / 7,1×10¹⁰ = 5,60×10^-4

e_п = s_п / Е = 70×10⁷ / 7,1×10¹⁰ = 9,859×10^-4

Формула Гука справедлива при условии e_с < e_п = s_п / Е

7. Находим критическое напряжение обшивки. Обшивка рассматривается как панель, свободно опирающаяся на стрингеры.

1. Определяем коэффициент устойчивости обшивки без стрингеров

K_R = 0.605×K_c = 0,605×0,238 = 0,144

где

2. Определяем коэффициент устойчивости обшивки К, позволяющий учитывать влияние заделки боковых кромок панели.

где - ширина панели в окружном направлении.

2×К_в / К_R = 2×3,6 / 0,144 = 49,99

Если

К_в = 3,6 - коэффициент, учитывающий влияние начальных несовершенств формы оболочки.

3. Определяем критическое напряжение обшивки. В начале определяются напряжения без учета пластичности.

s⁰_кр* = К×Е×(d / b₀)² = 10.22×7,1×10^10×(0,001 / 0,252)² = 11.36 МПа

Если выполняется неравенство s⁰_кр* < s_п, то s⁰ _кр = s⁰_кр*

В случае если обшивка имеет участки разной толщины, то расчет проводится для каждого участка.

Расчет 2-го участка :

7. Находим критическое напряжение обшивки. Обшивка рассматривается как панель, свободно опирающаяся на стрингеры.

где - ширина панели в окружном направлении.

2×К_в / К_R = 2×3,6 / 0,144 = 49,99

Если

К_в = 3,6 - коэффициент, учитывающий влияние начальных несовершенств формы оболочки.

3. Определяем критическое напряжение обшивки. В начале определяются напряжения без учета пластичности.

s⁰_кр* = К×Е×(d / b₀)² = 45,87×7,1×10^10×(0,0022 / 0,03)² = 137,46 МПа

Если s⁰_кр* > s_п, то s⁰_кр определяется с учетом пластичности:

8. Определяется среднее разрушающее напряжение отдельного участка обшивки

s_ср = (s_m × s⁰_кр)^0,5

где s_m - максимальное напряжение в обшивке, так как считается, что после выпучивания распределение напряжений по ширине обшивки неравномерно

Рис. 14 Эпюра напряжений

1. Определяем максимальное напряжение в обшивке

Если e_с < e_п, то s_m = e_c × E = 5,605×10^-4 × 7,1×10¹⁰ = 39,799 МПа

8.2 Если s⁰_кр < s_m , то s_ср = (s_m × s⁰_кр)^0,5 = (39,799×11,36)^0,5 = 21,26 МПа

2-й участок: s⁰_кр > s_m , то s_ср = s_m

9. Определяем несущую способность сжатой стрингерной оболочки в случае общей потери устойчивости стрингеров

T₀ = n×[s^с_кр × F_c + (s⁰_cp × b₀ × d)₁ + (s⁰_cp × b₀ × d)₂] = 20×[ 39.979×10^6×46.8×10^-4 +

+ (21.26×10^6×0.535×0.001) + (39.799×10^6×0.03×0.0022)] = 1.97272×10⁵ H

1. Определяем запас общей несущей способности отсека

где f = 1,2 - коэффициент безопасности.