Технические науки/9. Авиация и космонавтика

Магистранты Еникеев Т.М., Захаров В.О.

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СПЛЮЩИВАНИЯ СЕЧЕНИЙ НА НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ ИЗГИБЕ ТРУБ

Производство ракет, самолётов, кораблей, автомобилей в настоящее время тесно связано с применением стержней в виде тонкостенных труб. Именно благодаря этому удаётся значительно снизить вес техники, не жертвуя надёжностью. При этом часто используются трубы с криволинейными участками (например, лирообразные компенсаторы температурных напряжений в трубопроводах пневмогидравлической системы ракеты), поэтому важно знать, как сплющивание сечений трубы при изгибе влияет на напряжённое состояние.

В качестве расчётной схемы для моделирования была выбрана круглая изогнутая труба.

Конечно, в действительности кривые трубы нельзя считать идеально круглыми, поскольку сам процесс создания криволинейных участков труб подразумевает сплющивание поперечных сечений в местах гибки. Трубопроводы, изготавливаемые в авиационной промышленности, зачастую имеют довольно сложную геометрию, которая включает множество радиусов гиба, часто без прямолинейных участков между криволинейными. Также в качестве трубопроводов используются сложные для деформации материалы, такие как коррозионностойкая сталь, жаропрочные стали или сплавы титана. Однако требования, предъявляемые к качеству гибки труб на производстве, высоки. Такие дефекты, как гофрообразование, следы на поверхности трубы, остающиеся от прижимов, утонения стенки не допускаются. Для решения данных задач используются новые, более эффективные методы гибки труб, например дорновый метод гибки.

Модель для анализа в MSC.Nastran представляет собой круглую трубу с радиусом сечения и углом изгиба 90 градусов. Значение радиуса кривизны продольной оси принимаем . С обеих сторон от изогнутого участка моделируются прямые участки длиной .

В результате исследования получена оценка влияния сплющивания сечения на напряженное состояние тонкостенной трубы. Были получены зависимости от безразмерного геометрического параметра нормальных напряжений в трубе с учетом и без учета сплющивания. Из наибольших напряжений в таких трубах составлена таблица.

На основе представленных в MSC.Patran результатов получены безразмерные величины, дающие представление о том, какой эффект оказывает сплющивание на напряженное состояние тонкостенных кривых труб.

Сделан вывод, что при разработке трубопроводов необходимо учитывать влияние рассмотренного эффекта на напряженное состояние криволинейных участков, так как при определенных параметрах кривых труб напряжения в них значительно возрастают.

Литература

1. Zakharov V.O., TOPOLOGICAL OPTIMIZATION ON THE EXAMPLE OF THE SMALL SPACECRAFT «AIST-2D» // Modern science. М., 2017. – № 3. Р. 27-32.

2. Тимошенко, С.П. Сопротивление материалов: T.I. Элементарная теория и задачи [Текст]/С.П. Тимошенко. – М.: Наука, 1965.- 364 с.

3. Филин, А.П. Прикладная механика твердого деформируемого тела: Сопротивление материалов с элементами теории сплошных сред и строительной механики. T.II. [Текст]/А.П. Филин. – М.: Наука, 1978.- 616 с.

4. Глазков, А.В. Холодная гибка тонкостенных труб из труднодеформируемых металлов [Текст]/А.В. Глазков, Л.Б. Аксенов//Научно-технические ведомости СПбГУ. Экономические науки. – 2012. – Вып. 2. Том 2. – С. 259-264.

5. ОСТ 92-1600-84. Производство трубопроводов. Общие технические условия [Текст] – Введ. 01.01.86. – зарегистрирован ВНИИСОТ ГР № B 10342. – 47 с.

6. Жилкин, В. А. Азбука инженерных расчетов в программных продуктах MSC Patran - Nastan-Marc [Текст] : учебное пособие / В. А. Жилкин. – СПб. : Проспект Науки, 2013. – 574 с.

7. Образцов, И. Ф. Метод конечных элементов в задачах строительной механики летательных аппаратов [Текст] : учебное пособие для студентов авиационных специальностей вузов / И. Ф. Образцов, Л. М. Савельев, Х. С. Хазанов. – М.: Высшая школа, 1985. - 392 с.