Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Проектирование летательных аппаратов

Диссертационная работа:

Смердов, Андрей Анатольевич. Разработка методов проектирования композитных материалов и конструкций ракетно-космической техники : диссертация ... доктора технических наук : 05.07.02, 05.02.01 / Смердов Андрей Анатольевич; [Место защиты: Моск. гос. техн. ун-т им. Н.Э. Баумана].- Москва, 2007.- 410 с.: ил. РГБ ОД, 71 09-5/117

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы диссертационной работы определяется распространенностью задач проектирования композитных конструкций в современной ракетно-космической технике Как во вновь создаваемых, так и в модернизируемых изделиях композиты становятся основными конструкционными материалами Примерами тому являются несущие конструкции отсеков и обтекателей ракет, а также элементы космических изделий, к которым часто предъявляются уникальные требования Анализ возможных сочетаний этих требований при оптимальном использовании потенциалов каждого из существующих типов композитов, а также поиск возможностей рационализации постановок задач оптимального проектирования композитных конструкций являются весьма актуальными проблемами современной ракетно-космической техники

Бесконечному разнообразию вариантов композитных структур соответствует бесконечное разнообразие сочетаний их характеристик Как правило, наибольший интерес представляют те сочетания свойств, которые соответствуют наилучшим из доступных значений эксплуатационных характеристик композитной конструкции Задача проектирования обычно сводится к компромиссному выбору между сочетаниями свойств, из которых часть лучше в одних вариантах, а другая часть — в других В этих условиях чрезвычайно важно представлять себе предельные возможности того или иного композитного материала или выполненной из этого материала конструкции, то есть, возможные оптимальные сочетания характеристик, доступные при варьировании внутренней структуры

Как правило, при проектировании композитных конструкций требуется управление не одной, а сразу несколькими характеристиками Это порождает поистине неисчерпаемое многообразие постановок оптимизационных задач Каждая конкретная задача оптимального проектирования формулируется для конкретной конструкции Однако у этих задач есть и общие закономерности, знание которых позволяет упростить задачи, сделать их решение наглядным, а в ряде случаев - получить возможность проектирования структур с недостижимым другими путями комплексом характеристик

Целью работы является разработка методов проектирования композитных материалов и конструкций ракетно-космической техники, включая

рациональное установление уровней требований к свойствам каждой проектируемой конструкции с учетом их связи между собой путем проведения анализа предельных возможностей,

разумное сокращение и сужение пространств поиска за счет исключения заведомо неоптимальных структур и структур, содержащих необязательные варьируемые параметры,

рациональный подбор математических моделей и расчетных алгоритмов для задач оптимизации, сочетающих быстроту и

компактность вычислений с точностью расчета, адекватной точности исходной информации о проектируемом изделии,

использование специальных типов структур (например,
нечувствительных к разбросам характеристик материала) при
проектировании конструкций со специальными свойствами
(размеростабильных, повышенного демпфирования и т п.)

Для осуществления перечисленного необходимо проведение предварительного проектирования композитной конструкции, которое позволит наилучшим образом сформулировать задачу оптимизации конкретной конструкции из данного класса конструкций Предварительное проектирование предшествует постановке задачи оптимизации конкретной конструкции, поскольку дает возможность уточнить требования, которые могут быть предъявлены к ней

В работе исследованы возможности предварительного проектирования

композитных материалов, к которым предъявляются требования по жесткости и прочности,

размеростабильных композитных конструкций космической техники,

композитных стержней, пластин и оболочек с контролируемым демпфированием,

несущих цилиндрических оболочек (отсеков и обтекателей ракет),

трехслойных элементов конструкций с композитными обшивками, к которым предъявляются требования оптимизации динамических и диссипативных характеристик

Научная новизна работы определяется следующим

  1. Предложен новый подход к оптимизации композитных материалов и конструкций ракетно-космической техники, основанный на объективной оценке взаимосвязи потенциально доступных значений их характеристик Разработаны методы предварительного проектирования, алгоритмы и программы анализа предельных возможностей проектируемых композитных элементов при установлении различных требований к их свойствам Предложенный подход продемонстрирован на конкретных примерах проектирования ракетно-космических конструкций

  2. Разработаны новые критерии оценки композитных материалов для многослойных структур по совокупности возможных сочетаний их свойств Впервые исследованы предельные возможности углепластиков при установлении требований к нескольким характеристикам прочности и жесткости

  3. Развиты новые приемы проектирования размеростабильных композитных конструкций космической техники Исследованы диапазоны изменения параметров углепластиковых структур, обеспечивающих термо- и гигростабильность в сочетании с максимальной жесткостью и прочностью Продемонстрирована возможность управления термическими деформациями космических платформ за счет использования неоднородных композитных структур и рационального выбора позиций размещения аппаратуры 2

Получены аналитические выражения для определения параметров структур, нечувствительных к разбросам характеристик исходных материалов

  1. Разработаны новые математические модели, алгоритмы и программы для проектных расчетов композитных элементов конструкций с контролируемым демпфированием Впервые проведен анализ возможностей создания композитных стержней, пластин и оболочек, а также трехслойных элементов конструкций с оптимальными сочетаниями динамических и диссипативных характеристик

  2. Исследованы приемы рационализации задач проектирования композитных несущих оболочек ракетно-космической техники На примерах реальных конструкций показана методология определения областей рационального применения различных конструктивных схем цилиндрических композитных оболочек Впервые получены и исследованы оптимальные структуры предназначенных для восприятия сжимающих нагрузок оболочек с фиксированным числом слоев

Достоверность результатов диссертации обеспечивается строгим математическим обоснованием предлагаемых методов и подходов, а также сопоставлением с соответствующими экспериментальными данными и известными результатами других авторов

Практическая значимость работы определяется возможностью использования ее результатов для проектирования композитных материалов различного назначения, размеростабильных космических конструкций, несущих оболочек отсеков и обтекателей ракет, а также многослойных композитных элементов конструкций с контролируемым демпфированием Конструкции такого рода проектировались с участием автора в 1985-2006 гг Результаты работы внедрены в ГКНПЦ им MB Хруничева, РКК «Энергия», НПО им С А Лавочкина и Обнинском НПП «Технология»

Апробация работы. Основные положения диссертации и полученные результаты докладывались на

II Всесоюзной конференции «Современные проблемы строительной механики и прочности летательных аппаратов» (Куйбышев, 1986),

Всесоюзной конференции «Проблемы оптимизации и надежности в строительной механике» (Вильнюс, 1988),

Научно-технической конференции «Крупногабаритные космические конструкции» (Севастополь, 1990),

Второй Московской международной конференции по композитам (Москва, 1994),

Первом всемирном конгрессе по структурной и междисциплинарной оптимизации (Гослар, Германия, 1995),

19 Международной конференции SAMPE Europe (Париж, 1998),

Международной научно-технической конференции «Слоистые композиционные материалы - 98» (Волгоград, 1998),

Международной научной конференции «Ракетно-космическая техника

фундаментальные проблемы механики и теплообмена» (Москва, 1998),

Всероссийской конференции «Прикладные проблемы механики ракетно-космических систем» (Москва, 2000),

Международной научно-технической конференции «Слоистые композиционные материалы - 2001» (Волгоград, 2001),

II Международной научной конференции «Ракетно-космическая техника фундаментальные и прикладные проблемы» (Москва, 2003),

I Российском научно-техническом симпозиуме «Интеллектуальные композиционные материалы и конструкции» (Москва, 2004),

Международной научно-технической конференции «Новые перспективные материалы и технологии их получения — 2004» (Волгоград, 2004),

XVII научно-технической конференции "Конструкции и технологии получения изделий из неметаллических материалов" (Обнинск, 2004),

Международной научной конференции, посвященной 90-летию В И Феодосьева «Ракетно-космическая техника Фундаментальные и прикладные проблемы механики» (Москва, 2006),

Заседании семинара Научного Совета РАН по механике конструкций из композиционных материалов (Москва, 2006)

Личный вклад автора. Все научные положения и результаты, изложенные в диссертации, получены автором Во всех случаях заимствования других результатов в диссертации приведены ссьшки на литературные источники

Автор выражает искреннюю признательность коллегам по творческому коллективу Лаборатории композитов НИИСМ МГТУ им Н Э Баумана и Института композитных технологий, вместе с которыми выполнялись исследования, лежащие в основе диссертации. Их участие отражено в цитируемых в работе совместных публикациях Особо следует сказать о том, что этот труд был бы невозможен без многолетнего сотрудничества с П А Зиновьевым, чутким наставником и остроумным критиком Его светлой памяти автор хотел бы посвятить свою работу

Публикация результатов. Основное содержание диссертации опубликовано в 22 работах

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы из 494 наименований и приложений Общий объем диссертации с приложениями - 410 с, в том числе 255 с основного текста и 82 листа с рисунками и таблицами


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net