Проектирование вафельных оболочек топливных баков ракеты с учетом пластических деформаций

Инженерный журнал: наука и инновации

# 11·2017 1

УДК

624.046.3

DOI 10.18698/2308-6033-2017-11-1703

Проектирование вафельных оболочек топливных баков

ракеты с учетом пластических деформаций

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия

Предложены метод и программа проектирования бака ракеты вафельного типа

при потере устойчивости оболочки в условиях пластических деформаций

При

расчете предусмотрено проектирование топливного бака ракеты с учетом об-

щей и местной потери устойчивости как всей оболочки, так и отдельной клет-

ки. Принято, что минимальный вес оболочки бака достигается, когда общие и

местные критические силы в оболочке равны принятой расчетно-разрушающей

нагрузке.

Приведены примеры вычислений и удобный интерфейс программы.

Проектирование подкрепленных оболочек с учетом пластической области позво-

лило заметно расширить диапазоны действующих нагрузок на топливный бак и

более полно использовать возможности материала, из которого он изготовлен.

Ключевые слова:

подкрепленная оболочка, вафельный тип, ракета, бак, упругие

и пластические деформации, общая и местная потери устойчивости, критиче-

ские усилия, расчетно-разрушающая нагрузка

На активном участке полета жидкостной ракеты топливные баки

испытывают воздействие значительных осевых сжимающих сил и

изгибающих моментов. Внутреннее давление наддува разгружает

топливный бак, однако, вместе с давлением столба жидкости приво-

дит к появлению окружных растягивающих сил. При таком сочета-

нии нагрузок эквивалентные напряжения часто оказываются за пре-

делами упругости. В статье рассмотрено проектирование вафельной

оболочки, учитывающее потерю устойчивости в области пластиче-

ских деформаций.

В основу проектировочного расчета положено понятие равно-

устойчивой конструкции [1]. В данной работе равноустойчивой счи-

тается подкрепленная оболочка, теряющая устойчивость [2] под дей-

ствием осевой силы с одинаковыми критическими напряжениями

местной и общей потери устойчивости, т. е. отдельной клетки вафель-

ной оболочки или группы клеток. При этом осевая критическая нагруз-

ка

кр

считается равной заданной осевой расчетной нагрузке

, дей-

ствующей со стороны соседних отсеков ракеты. На оболочку дей-

ствует внутреннее давление

которое складывается из давления

наддува и давления столба жидкости

Спроектированная с учетом

таких требований конструкция обладает весом, близким к минималь-

ному. Проектировочный расчет подкрепленной оболочки в пределах

упругости представлен в работе [3].