Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Анализ механических свойств секций пространственных стержневых ферменных конструкций

Авторы

С.А. Зоммер, А.П. Кравчуновский

Организация

АO «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва»
г. Железногорск, Красноярский край, Российская Федерация

Аннотация

В работе представлены результаты расчетных исследований секций пространственных ферменных конструкций. Они могут применяться в качестве элементов крупногабаритных силовых конструкций на космических аппаратах для закрепления бортового оборудования. Расчеты проводились методом конечных элементов в программном пакете FEMAP с решателем Nastran. Для исследования была выбрана секция, представляющая собой набор прямолинейных стержней, жестко соединенных в узлах таким образом, что поперечное сечение ферменной конструкции представляет собой треугольник. Приведены расчетные модели и процедуры расчета и анализа полученных результатов. Цель расчета – определить, как влияет взаимное расположение стержней в конструктивно-компоновочной схеме на механические свойства конструкции. Изменение конструктивно-компоновочных схем ферменных конструкций проводилось последовательным добавлением стержней и вариацией их соединения. Далее проводилась оценка влияния принятых изменений на механические свойства конструкции. Таким образом разработаны шесть конструктивно-компоновочных схем секций ферменной конструкции, полученные по результатам исследования. По результатам анализа было выявлено, что каждая конструкция обладает уникальными механическими свойствами, на основании чего даны рекомендации по выбору определенной конструктивно-компоновочной схемы секции в зависимости от требуемых условий эксплуатации и допустимой технологии изготовления. Выбраны конструктивно-компоновочные схемы секций с наиболее высокими показателями прочности и несущей способности для использования в составе пространственных ферменных штанг космических аппаратов.

Ключевые слова

ферменная конструкция, стержневая конструкция, механический анализ, жесткость, прочность, космический аппарат

Список литературы

[1] Чеботарев В. Е., Косенко В. Е. Основы проектирования космических аппаратов информационного обеспечения : учеб. пособие. Красноярск : Сиб. гос. аэрокосм. ун-т., 2011. 488 с.

[2] Черномаз В. И., Свищев В. В., Доронин А. В., Гончаров К. А., Моишеев А. А. Силовой каркас для космической аппаратуры. Пат. № 2610070 Российская Федерация, 2017. Бюл. № 4.

[3] Шайда А. Н., Стратилатов Н. Р., Кирилин А. Н., Ахметов Р. Н., Максимов С. В. Силовая ферма космического телескопа. Пат. № 2417389 Российская Федерация, 2011. Бюл. № 12.

[4] Малков И. В. Научные основы технологии формообразования намоткой углепластиковых элементов ферменных конструкций космических аппаратов : автореф. дис. … д-ра техн. наук. М., 2001. 32 с.

[5] Биткин В. Е., Жидкова О. Г., Денисов А. В., Бородавкин А. В., Митюшкина Д. В. Проектирование размеростабильной несущей конструкции корпуса оптико-электронного модуля из углепластика для космического аппарата // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2016. Т. 18. № 4–3. С. 571–577.

[6] Чирас А. А. Строительная механика: теория и алгоритмы. М. : Стройиздат, 1989. 255 с.

[7] Гнездилов В. А. Пространственная конструкция. Пат. № 2515487 Российская Федерация, 2014. Бюл. № 13.

[8] Неталиев О. А. Пространственная конструкция-структура повышенной сейсмостойкости. Пат. № 2466245 Российская Федерация, 2012. Бюл. № 31.

[9] Седова Н. М., Рыжков А. А., Котов И. А., Улрик С. А. Трехмерная ферменная структура башенного типа. Пат. № 2347048 Российская Федерация, 2009. Бюл. № 5.

[10] Грунин Е. П., Шикера В. В. Ферменная трубчатая конструкция. Пат. № 10676 Российская Федерация, 1999.

[11] Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М. : Мир, 1979. 392 с.

[12] Рычков С. П. Моделирование конструкций в среде Femap with NX Nastran. М. : ДМК Пресс, 2013. 784 с.

[13] Селиверстов Г. В., Шпаченко Е. Н. Анализ ферменной конструкции концевой балки грузовой тележки мостового крана // Строительные и дорожные машины. 2020. № 10. С. 30–33.

[14] Цой Д. Ч., Чебровский А. А. Анализ зарубежного опыта исследований стальных ферменных конструкций // Материалы 60-й студенческой научно-технической конференции инженерно-строительного института ТОГУ. Хабаровск. 2020. С. 429–437.

[15] Тиньков Д. В. Сравнительный анализ аналитических решений задачи о прогибе ферменных конструкций // Инженерно-строительный журнал. 2015. № 5 (57). С. 66–73. doi: 10.5862/MCE.57.6.

[16] Валиуллин Д. А., Чижов С. В. Сравнительный анализ расчетных моделей сквозных пролетных строений металлических мостов // Путевой навигатор. 2020. № 42 (68). С. 42–49.

[17] Bhowmik Er. Ch., Chakraborti P. Analytical and Experimental Modal Analysis of Electrical Transmission Tower to Study the Dynamic Characteristics and Behaviors // KSCE Journal of Civil Engineering. 2020. pp. 931–942. doi: 10.1007/s12205-020-1563-3.

[18] Кирсанов М. Н. Аналитическое исследование жесткости пространственной статически определимой фермы // Вестник МГСУ. 2017. Т. 12. № 2 (101). С. 165–171. doi: 10.22227/1997-0935.2017.2.165-171.

[19] Кирсанов М. Н. Изгиб, кручение и асимптотический анализ пространственной стержневой консоли // Инженерно-строительный журнал. 2014. № 5 (49). С. 37–43. doi: 10.5862/MCE.49.4.

[20] Абдуллин И. Н. Моделирование ферменного заполнителя трехслойной конструкции // Междунар. науч.-практ. конф. «Поиск эффективных решений в процессе создания и реализации научных разработок в российской авиационной и ракетно-космической промышленности». Казань. 2014. С. 307–311.

[21] Доманов Е. В. Аналитическая зависимость прогиба пространственной консоли треугольного профиля от числа панелей // Научный альманах. 2016. № 6–2 (19). С. 214–217. doi: 10.17117/na.2016.06.02.214.

[22] Кирсанов М. Н. Анализ прогиба фермы пространственного покрытия с крестообразной решеткой // Инженерно-строительный журнал. 2016. № 4 (64). С. 52–58. doi: 10.5862/MCE.64.5.

[23] Тестоедов Н. А., Лысенко Е. А. Экспериментальная отработка космических аппаратов на механические воздействия : учеб. пособие. Красноярск : Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т, 2007.

[24] Патраев В. Е., Халиманович В. И., Ильиных В. В. Надежность космических аппаратов : учеб. пособие. Красноярск : Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т, 2009.

[25] Столярчук В. А. Автоматизация проектирования силовых конструкций : учеб. пособие. М. : Изд-во МАИ, 2004. 87 с.

[26] Марутян А. С. Оптимизация ферменных конструкций с поясами регулярно-переменных сечений из прямоугольных труб // Строительная механика и расчет сооружений. 2020. № 6 (293). С. 69–76. doi: 10.37538/0039-2383.2020.6.69.76.

[27] Кирсанов М. Н. Генетический алгоритм оптимизации стержневых систем // Строительная механика и расчет сооружений. 2010. № 2 (229). С. 60–63.

[28] Пелешко И. Д., Юрченко В. В. Оптимальное проектирование металлических конструкций на современном этапе (обзор работ) // Металлические конструкции. 2009. Т. 15. № 1. С. 13–21.

Цитирование данной статьи

Зоммер С.А., Кравчуновский А.П. Анализ механических свойств секций пространственных стержневых ферменных конструкций // Космические аппараты и технологии. 2022. Т. 6. № 3. С. 172-185. doi: 10.26732/j.st.2022.3.03

Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.