И.В. Бармин, В.А. Зверев, А.Ю. Украинский, В.В. Чугунков, А.В. Языков
4
Несущие конструкции СК для РКН «Союз» представляют собой
пространственные комбинированные системы с распределенными па-
раметрами, моделирование которых осуществлено на основе метода
конечных элементов (МКЭ) [2, 3] и метода суперэлементов (МСЭ) [4, 5]
(рис. 2).
На этапах подготовки к пуску и пуска РКН агрегаты CК испытывают
различные виды воздействий. К основным нагрузкам и воздействиям
на агрегат (систему агрегатов) СК, а также на систему СС—РКН можно
отнести: весовые и ветровые нагрузки; переменные по времени газоди-
намические нагрузки, вызванные действием струй двигательной уста-
новки РКН; инерционные нагрузки, вызванные разгоном и торможением
отводимых элементов агрегатов СК.
В соответствии с принципами МКЭ в расчетных моделях СК осу-
ществлено автоматизированное определение нагрузок на конечные эле-
менты (КЭ) модели агрегата СК с приведением ее к узлам КЭ. При этом
полный вектор весовой нагрузки определялся следующим образом:
{
G
} = {
m
}
g
,
где {
m
} — вектор, составленный из узловых масс физической модели
агрегата СК;
g
— ускорение свободного падения.
Приведенные узловые нагрузки от ветрового воздействия опреде-
лялись в виде векторов ветровой нагрузки {
P
}
j
для соответствующих
обобщенных координат
j
-го стержневого КЭ в следующем виде [6, 7]:
1
1
{ }
( ) ( ){ ( )} ,
2
j
j
j
j j
j
j
L
C k k
D t q t
t dt
α
−
=
∫
P
дин
р
ϕ
(1)
где
С
j
α
— аэродинамический коэффициент КЭ;
k
j
— коэффициент уве-
личения скоростного напора ветра по высоте;
к
дин
j
— коэффициент
динамичности ветровой нагрузки;
t
— безразмерная координата;
D
j
(
t
) — функция максимального размера сечения
j
-го стержневого КЭ
в направлении, перпендикулярном скорости ветра;
L
j
— длина
j
-го
стержневого КЭ;
q
р
(
t
) — функция расчетного скоростного напора;
{
φ
j
(
t
)} — вектор функций форм
j
-го стержневого КЭ.
Полная ветровая нагрузка на узел модели определялась суммой
узловых ветровых нагрузок всех КЭ, сходящихся в этом узле.
При старте РКН конструкции агрегатов СК испытывают комбини-
рованное температурно-силовое нагружение, вызванное скоростным
напором и теплообменом со струйными потоками двигательной уста-
новки РКН. Моделирование данного нагружения при конечноэлемент-
ной идеализации агрегатов СК потребовало определения узловых сил
и температур моделей и нахождения узловых нагрузок модели агрегата
