Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Коэффициенты безопасности для изделий из композиционных материалов на примере сжатой цилиндрической оболочки

Авторы

В.Н. Наговицин, Ю.П. Похабов, Е.А. Иванов, А.Ю. Похабов

Организация

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

Аннотация

Главной задачей данного исследования является получение способа расчета коэффициента безопасности для изделий из композиционных материалов, чтобы компенсировать фактические разбросы механических характеристик композиционных материалов в результате используемых существующих технологий изготовления, что позволит обеспечить высокую надежность конструкций из композиционных материалов, применяемых в космической технике и других отраслях промышленности. Исследование было проведено на теоретических параметрических математических моделях с использованием математического аппарата теории вероятностей и статистики, при помощи разработанной пошаговой методики. Практическая применяемость разработанного метода подтверждается на примере анализа сжатой цилиндрической оболочки. Результатом исследования является разработанный метод расчета по предельному состоянию, позволяющий оценить точность используемых теоретических решений, определить значения коэффициентов безопасности и спроектировать конструкцию минимальной массы. Данная работа выполнена коллективом авторов, в котором Ю. П. Похабов построил модель отказов по схеме «нагрузка-сопротивление». В. Н. Наговицин обосновал выбор параметров для расчета цилиндрических оболочек из композиционных материалов. Е. А. Иванов провел анализ сжатых цилиндрических оболочек из углепластика, подтвердивших практическую применяемость метода. А. Ю. Похабов предложил метод расчета по предельному состоянию, позволяющий спроектировать конструкцию минимальной массы.

Ключевые слова

жесткость, композиционные материалы, космические конструкции, запас прочности, коэффициенты безопасности

Список литературы

[1] Алёшин В.Ф., Колобов А. Ю., Петров Ю. А. Проблемные вопросы прогнозирования и подтверждения надёжности космических аппаратов длительного функционирования // Наука и Образование. 2015. № 6. С. 31–41.

[2] Особенности транспортировки капсулы с грунтом с помощью надувной оболочки в грунтозаборном устройстве КА «Фобос-Грунт» / Петров Ю. А., Колобов А. Ю., Кононенко А. С. и др. // Наука и Образование. 2016. № 5. С. 14–28.

[3] Похабов Ю.П., Шендалёв Д. О., Колобов А. Ю., Наговицин В. Н., Иванов Е. А. К вопросу установления коэффициентов безопасности и запасов прочности при заданной вероятности неразрушения силовых конструкций // Сибирский аэрокосмический журнал. 2021. Т. 22. № 1. С. 113–123.

[4] Азарова Г. Н. Оптимальное армирование цилиндрических оболочек из композиционных материалов, нагруженных внутренним давлением и осевой сжимающей силой / В сб. Проектирование, расчет и испытания конструкций из композиционных материалов, «РТМ», ЦАГИ, 1978. Вып.VI. C. 40–53.

[5] Образцов И.Ф., Васильев В. В., Бунаков В. А. Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1977. 143 с.

[6] Тетерс Г. А. Проблемы оптимизации оболочек из композитных материалов // Обзор Известий АН Латв. ССР, 1978. № 3. C. 86–91.

[7] Лукашевичус Р.С., Рикардс Р. Б., Тетерс Г. А. Минимизация массы цилиндрических оболочек из композиционного материала с упругим заполнителем при комбинированном нагружении, работающих на прочность и устойчивость // Механика полимеров, 1976. № 2. C. 289–297.

[8] Миткевич А.Б., Протасов В. Д. Оптимизация равнопрочных цилиндрических оболочек давления к устойчивости осевого сжатия // Механика полимеров, 1973. № 6. C. 1123–1126.

[9] Рикардс Р.Б., Тетерс Г. А. О выборе оптимальных параметров цилиндрической стеклопластиковой оболочки при осевом сжатии // Механика полимеров, 1970. № 6. C. 1132–1134.

[10] Тетерс Г.А., Рикардс Р. Б. Начальные несовершенства и формы выпучивания цилиндрических оболочек из полимерных материалов при длительном нагружении // Механика полимеров, 1975. № 1. C. 145–151.

[11] Рикардс Р.Б, Тетерс Г. А. Устойчивость оболочек из композитных материалов. Рига: Зинатне, 1974. 270 с.

[12] Васильев В.В., Марциновский В. В. Оптимальное проектирование композиционных материалов при плоском напряженном состоянии / В сб. Проектирование, расчет и испытания конструкций из композиционных материалов, «РТМ», ЦАГИ, 1978. Вып.VI. С. 141–152.

[13] Ншанян Ю.С. К вопросу проектирования структуры пакета композита оптимальных тонкостенных элементов конструкций // Механика композитных материалов. 1984. № 3. С. 402–407.

[14] Ершов Н. П. Исследование местной устойчивости конструктивно-анизотропных оболочек / В кн. Прочность и надежность сложных систем. Киев: Наукова думка, 1979. C. 53–58.

[15] Ершов Н. П. Исследование общей устойчивости конструктивно-анизотропных оболочек // Механика анизотропных конструкций, ВИМИ, 1980. C. 39–46.

[16] Ершов Н. П. Исследование устойчивости гладких и подкрепленных оболочек из волокнистых композиционных материалов // Механика анизотропных конструкций, ВИМИ, 1980. С. 47–55.

[17] Ершов Н. П. Об одном критерии рационального проектирования анизотропных конструкций // Механика композитных материалов, 1979. № 4. С. 647–651.

[18] Ершов Н. П. Предельное состояние и надежность конструкций из композиционных материалов // Журнал Всесоюзного химического общества им. Д. И. Менделеева, том ХХIII, 1978. № 3. С. 319–322.

[19] Наговицин В. Н. Задача оптимизации сжатой цилиндрической оболочки с учетом ее надежности // САКС?2004: Материалы международной научно-практической конференции. Красноярск, 2005.

[20] Ершов Н. П. Проектирование анизотропных конструкций / В сб. Техника, экономика, информация: Сер. Техника. Композиционные материалы, 1981. С. 160 с.

[21] Степнов М. Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний. М.: Машиностроение, 1985. 232 с.

[22] Наговицин В. Н. Задача оптимизации сжатой цилиндрической оболочки с учетом ее надежности // Вестник СибГАУ. Вып. № 6. Красноярск 2005. С. 75–77.

[23] Колпачков Е.Д., Петрова А. П., Курносов А. О., Соколов И. И. Методы формования изделий авиационного назначения из ПКМ (обзор) // Труды ВИАМ. № 11(83). 2019. С. 22–36.

[24] Гуняева А.Г., Курносов А. О., Гуляев И. Н. Высокотемпературные полимерные композиционные материалы, разработанные во ФГУП «ВИАМ», для авиационно-космической техники: Прошлое, настоящее, будущее (обзор) // Труды ВИАМ. № 1 (95). 2021.

[25] Дориомедов М. С. Российский и мировой рынок полимерных композитов (обзор) // Труды ВИАМ № 6–7 (89). 2020. С. 29–37.

[26] Веселова А.В., Веселов А. В. Разработка высокоточных конструкций из полимерных материалов // Интерактивная наука. № 12. 2017. С. 159–160.

[27] Плахотникова Е.В., Сафонов А. С., Ушаков М. В. Проектирование изделий с учетом требований к показателям надежности // Известия ТулГУ: Технические науки. 2015. Вып. 7. Ч. 1. С. 134–13

[28] Лепихин А.М., Буров А. Е., Москвичев В. В. Возможности расчетной оценки надежности металлокомпозитных баков высокого давления // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2015. № 4. С. 49–55.

[29] Доронин С.В., Филиппова Ю. Ф. Оценка живучести повреждаемых колебательных систем стержневого типа // Динамика систем, механизмов и машин. 2019. Том 7. № 1. С. 48–54.

[30] Каблов Е.Н., Чурсова Л. В., Бабин А. Н., Мухаметов Р. Р., Панина Н. Н. Разработки ФГУП «ВИАМ» в области расплавных связующих для полимерных композиционных материалов // Полимерные материалы и технологии. 2016. Т. 2. № 2. С. 37–42.

[31] Аккуратов И.Л., Алямовский А. И., Виноградов А. С., Герасимова Т. И. Результаты исследований свойств углепластиков на основе различных полимерных связующих, перспективных для изготовления конструкций космической техники. Космическая техника и технологии. № 1(20). 2018. С. 54–66.

[32] Валуева М.И., Зеленина И. В., Жаринов М. А., Ахмадиева К. Р. Мировой рынок высокотемпературных полиимидных углепластиков (обзор) // Труды ВИАМ № 12 (84). 2019. С. 67–79

Цитирование данной статьи

Наговицин В.Н., Похабов Ю.П., Иванов Е.А., Похабов А.Ю. Коэффициенты безопасности для изделий из композиционных материалов на примере сжатой цилиндрической оболочки // Космические аппараты и технологии. 2024. Т. 8. № 2. С. 91-104.

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