Компьютерное моделирование ударных воздействий на консоли летательного аппарата с учетом нелинейных свойств материалов


DOI: 10.34759/trd-2022-122-06

Авторы

Потанин Д. В.*, Самохин П. А.**, Зелёный А. Е.***, Яковлев И. М.****, Самохина Е. А.*****

Опытное конструкторское бюро «Новатор» им. Л.В. Люльева, Екатеринбург, Россия

*e-mail: potanindv@yandex.ru
**e-mail: SamPeter@mail.ru
***e-mail: andreigreen@mail.ru
****e-mail: iakovlev_im@mail.ru
*****e-mail: bahareva.e.a@mail.ru

Аннотация

Прогнозирование прочностных характеристик элементов конструкций летательных аппаратов на начальном этапе проектирования особенно важно для механизмов, подверженных в процессе эксплуатации ударным воздействиям. В данной статье исследуются динамические нагрузки и прочностные характеристики консоли летательного аппарата, возникающие в результате удара об упор при его раскрытии и стопорении на начальном участке полета, посредством динамического модуля в конечно-элементном программном комплексе на основании явной схемы интегрирования дифференциальных уравнений движения. В расчетной схеме учтено трение между составными частями, а именно между втулками и осью, упором и консолью, а также между стопором и консолью. Свойства материалов деталей сборки, подверженные значительному деформированию, заданы с использованием диаграммы пластичности. В результате моделирования определены силы реакции между наиболее нагруженными деталями сборки, максимальный прогиб консоли летательного аппарата, характеристики поперечных колебаний консоли и продольных колебаний отсека (амплитуды и длительности). Исследованы поля напряжений и деформаций в условиях динамического кратковременного нагружения. Верификация расчета проведена посредством сравнения результатов моделирования со значениями, полученными в ходе проведения натурного эксперимента по раскрытию консолей пиротехническим механизмом. Относительные деформации упора и отсека при ударе замерялись тензорезисторами. Для регистрации поворота консоли проводилась видеосъемка. Продемонстрирована хорошая сходимость с натурным экспериментом: величины, полученные численным методом расчета, отличаются от результатов эксперимента менее чем на 8%.

Ключевые слова:

летательные аппараты, консоль, метод конечных элементов, напряженно-деформированное состояние, диаграмма пластичности

Библиографический список

  1. Зелёный А.Е., Норкин С.А. Создание нагрузок, имитирующих воздействие аэродинамических потоков, при раскрытии рулей // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. 2012. № 12. С. 176-181.

  2. Гусев А.Н., Иваха О.С. К вопросу экспериментальной отработки ресурса авиационных пусковых устройств по срабатываниям // Труды МАИ. 2012. № 50. URL: http://www.trudymai.ru/published.php?ID=28607

  3. Волков В.А., Земсков В.А., Каверин В.А. Раскрываемое крыло двухступенчатой ракеты. Патент RU 2482433 С 1, 20.05. 2013.

  4. Шевченко В.А., Шестаков С.А., Земсков В.А., Дергачев А.А. Раскрываемый руль ракеты. Патент RU 2532286 C 1, 10.11.2014.

  5. Платонов И.М., Быков Л.В. Исследование влияния качества сеточной модели на определение местоположения ламинарно-турбулентного перехода на скользящем крыле // Труды МАИ. 2016. № 89. URL: http://www.trudymai.ru/published.php?ID=72677

  6. Конюхов И.К. Компактные несущие системы дозвуковых малоразмерных беспилотных и дистанционно-пилотируемых летательных аппаратов // Труды МАИ. 2017. № 92. URL: http://www.trudymai.ru/published.php?ID=76961

  7. Гохфельд Д.А. и др. Механические свойства сталей и сплавов при нестационарном нагружении. – Екатеринбург: УрО РАН, 1996. – 408 с.

  8. ГОСТ 4784-2019. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. – М.: Стандартинформ, 2019. – 35 с.

  9. ТУ 14-1-950-86. Прутки и полосы из конструкционной легированной высококачественной стали размером до 200 мм включительно. Технические условия. – М.: Стандартинформ, 1986. – 38 с.

  10. Авиационные материалы: Справочник в 9 т. Т. 1: Конструкционные стали / под ред. Н.М. Склярова, Я.М. Потака. – М.: ОНТИ, 1975. – 431 с.

  11. Расчеты на прочность в машиностроении. Т. 2 / под ред. С.Д. Пономарева. – М.: Машгиз, 1958. – 974 с.

  12. Скрипняк Н.В. Динамика разрушения алюминий-магниевого сплава АМг6 // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 6. URL: https://science-education.ru/ru/issue/view?id=113

  13. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. – М.: Мир, 1975. – 541 с.

  14. Бруяка В.А., Фокин В.Г., Кураева Я.В. Инженерный анализ в ANSYS Workbench. Ч. 2. – Самара: Самарский государственный технический университет, 2013. – 147 с.

  15. Cook R.D., Milkus D.S., Plesha M.E., Witt R.J. Concepts and Applications of Finite Element Analysis. Fourth Edition, John Wiley & Sons. Inc., 2002, 733 p.

  16. H.H. Lee. Finite Element Simulations with ANSYS Workbench 12, 14, SDC Publications, 2012, 619 p.

  17. Физическая энциклопедия / Гл. ред. А.М. Прохоров. – М.: Большая Российская энциклопедия. 1994. Т. 4. – 704 с.

  18. Самохина Е.А., Самохин П.А. К расчету динамических нагрузок на управляющие элементы летательных аппаратов при ударах // Вестник Концерна ВКО «Алмаз-Антей». 2018. № 1. С. 51-57.

  19. Самохин П.А., Самохина Е.А. Численное моделирование динамических воздействий на элементы управления летательных аппаратов при ударах в процессе полета // Космонавтика и ракетостроение. 2020. Т. 117. № 6. С. 100-108.

  20. Самохин П.А., Самохина Е.А. Особенности моделирования ударных воздействий на элементы управления летательных аппаратов в процессе полета // Материалы XII межрегиональной отраслевой научно-технической конференции «Люльевские чтения». - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2020. С. 32-34.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход