Гудь М. І. ОЦІНЮВАННЯ ДОВГОВІЧНОСТІ ТОНКОСТІННИХ ЦИЛІНДРИЧНИХ ОБОЛОНОК ПРИ ТРАНСПОРТУВАННІ ЛІТАКОМ

У першому розділі проаналізовано літературні дані стосовно оцінки навантаженості довгомірних тонкостінних оболонок під-час транспортування наземним та водним транспортом. Проаналізовано існуючі методики експериментального дослідження прискорень, вимірювання та статистичної обробки. Для забезпечення цілісності РН при транспортуванні повітряними суднами необхідно дослідити спектр навантажень при транспортуванні, форми і частоти власних коливань аналітичним і числовим методами з урахуванням впливу геометричних розмірів, способу закріплення, а також підсилення оболонок. Визначено критерії допустимої втомної довговічності елементів конструкції РН. Визначено поріг напружень для алюмінієвого сплаву Д16АТ У другому розділі розроблено скінченно елементу модель першої ступені РН у вигляді підсиленої та гладкої циліндричних оболонок. З використанням модального аналізу методом скінченних елементів (МСЕ) досліджено власні частоти та форми коливань гладкої оболонки – моделі першої ступені ракети-носія. Визначено вплив наявності підсилюючих елементів(стрингерів) на власні частоти циліндричної оболонки. Виявлено характер зміни частот власних коливань підсиленої оболонки в залежності від типу закріплення та зміни площі підсилюючих елементів. Розроблено оригінальну методику переходу від повнорозмірної оболонки першої ступені РН до її модельної оболонки. За результатами модального аналізу отримані значення власних частот циліндричної підсиленої стрингерами тонкостінної модельної конструкції першої ступені ракети носія. Для зменшення значень частот власних коливань моделі до частот повнорозмірної оболонки запропоновано використовувати поліуретановий наповнювач із наступними фізико-механічними властивостями ρ= 1,0 103 Н/м3, E = 1,6 МПа. Розроблено математичну модель циліндричної тонкостінної гладкої оболонки, на основі якої визначено частоти власних коливань непідсиленої циліндричної оболонки. Показано добру узгодженість результатів аналітичного і чисельного розрахунків власних частот коливань оболонки. У третьому розділі розроблено методологію експериментальних досліджень вимушених коливань підсиленої стрингерами циліндричної оболонки на базі сервогідравлічної випробувальної машини СТМ-100. На основі застосування афінної подібності спроектовано і виготовлено експериментальну модель першої ступені РН у вигляді підсиленої стрингерами та шпангоутами оболонки, а також платформу для її кріплення і систему зчитування параметрів коливань при випробуванні на базі серво-гідравлічної випробувальної машини СTM-100. Експериментальним шляхом досліджено параметри та амплітуду вимушених коливань підсиленої модельної оболонки з наповнювачем та без нього. На основі отриманих експериментальних даних визначені граничні напруження підсиленої масштабної оболонки з наповнювачем. З використанням кривої втоми для сплаву Д16АТ визначену кількість циклів до руйнування в залежності від частоти вимушених коливань наповненої підсиленої модельної оболонки при сталоамплітудному зовнішньому навантаженні. У четвертому розділі для повнорозмірної підсиленої циліндричної тонкостінної оболонки з використанням програмного комплексу ANSYS досліджено вплив власних коливань на НДС матеріалу оболонки. Встановлено, що характер зміни напружень є криволінійним та обернено пропорційним до частоти власних коливань підсиленої циліндричної оболонки. Проте, на відміну від величини нормальних напружень σy, визначенні значення дотичних напружень τxy перевищують границю текучості матеріалу Д16АТ. Виявлено, що місцями концентрацій напружень σx, σy, σz є вершини поперечних та поздовжніх хвиль. Місцями концентрації дотичних напружень τxy, τxz є місця зміни напрямку переміщень хвиль, на відміну від напружень τxz. Визначено максимальні значення напружень в тонкостінній підсиленій циліндричній оболонці при дії власних коливаннь. Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що: розроблено методику масштабування і обґрунтовано геометричні і фізичні параметри моделі першої ступені РН у вигляді підсиленої циліндричної оболонки; МСЕ досліджені власні частоти циліндричної, підсиленої стрингерами тонкостінної модельної конструкції першої ступені ракети носія; розроблено математичну модель циліндричної тонкостінної гладкої оболонки, на основі якої визначено частоти власних коливань непідсиленої циліндричної оболонки; отримала подальший розвиток методика комп’ютерного моделювання і виявлено основні закономірності пливу частот та амплітуд власних коливань на напружено-деформований стан підсиленої циліндричної оболонки для великого числа мод; розроблено методику експериментальних досліджень впливу частоти та амплітуди навантаження на вимушені коливання підсиленої стрингерами циліндричної оболонки.