Методика расчета на прочность волноводов для обеспечения улучшенных массогабаритных параметров

На основе анализа методов определения напряженно-деформированного состояния (НДС) волноводно-распределительных систем космических аппаратов связи разработана методика расчета, обеспечивающая при проектировании волноводов с улучшенными массогабаритными параметрами требуемые прочностные и жесткостные характеристики на воздействия статических, динамических и деформационных нагрузок. На первом этапе методики предложе-но моделировать волноводно-распределительные системы в глобальной постановке стержневой конструкцией с эквивалентными условиями нагружения и закрепления и определять НДС такой системы. На втором этапе методики следует выделять локальные области с максимальными значениями НДС для дальнейшего уточненного расчета в стержневой системе. Выполнена оценка влияния толщины стенки волновода на его общее НДС. Показано, что при варьировании толщины стенки волновода в диапазоне 0,25…2,50 мм прочность и жесткость его участков под действием статических силовых нагрузок изменяется практически по линейному закону. Установлено, что при динамическом нагружении толщина стенки практически не оказывает влияния на результирующее НДС волновода, возникающее под действием вынужденных колебаний и квазистатического нагружения вследствие его зависимости от соотношений массы, моментов инерции и сопротивления, которые для некоторых типоразмеров волноводов будут практически постоянными величинами. Полученные для стержневой системы зависимости не позволяют оценить влияние толщины стенок на локальное НДС в виде их прогиба, местной потери устойчивости и т. д. В связи с этим на втором этапе в этой системе выделяются интересующие локальные области, преобразуются в объемные тонкостенные конструкции с трансляцией в программы конечно-элементного анализа для более точного расчета. Предлагаемая методика в перспективе позволит решать связанные задачи о взаимосвязи и влиянии деформаций поперечного сечения в локальных зонах волновода на изменения электромагнитных полей с образованием паразитных волн, что существенно улучшит качество радиотехнических характеристик волноводно-распределительных систем с обеспечением их прочности, жесткости и минимальных массогабаритных параметров.

Литература

[1] Sil’chenko P.N., Mikhnev M.M., Ankudinov A.V., Kudryavtsev I.V. Ensuring the strength and accuracy of large-size waveguide distribution systems of communication satellites. Journal of Machinery Manufacture and Reliability, 2012, vol. 41, no. 1, pp. 91–95, doi: 10.3103/S1052618811060173

[2] ГОСТ P 20900–2014. Трубы волноводные медные и латунные прямоугольные. Технические условия. Москва, Стандартинформ, 2015. 14 с.

[3] Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 543 с.

[4] Дарков А.В., Шапошников Н.Н. Строительная механика. Санкт-Петербург, Лань, 2005. 656 с.

[5] Новожилов В.В., Черных К.Ф., Михайловский Е.И. Линейная теория тонких оболочек. Санкт-Петербург, Изд-во Санкт-Петербургского ун-та, 2010. 380 с.

[6] Мяченков В.И., Григорьев И.В. Расчет составных оболочечных конструкций на ЭВМ. Москва, Машиностроение, 1981. 16 с.

[7] Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. Москва, Наука, 1975. 576 с.

[8] Снеддон И.Н., Берри Д.С. Классическая теория упругости. Москва, Вузовская книга, 2008. 216 с.

[9] Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Михнёв М.М., Наговицин В.Н. Методика расчета напряженно-деформационного состояния волноводно-распределительных систем космических аппаратов. Журнал Сибирского федерального университета. Сер. Техника и технологии, 2012, № 2, с. 150–161.

[10] Polyanin A.D., Nazaikinskii V.E. Handbook of Linear Partial Differential Equations for Engineers and Scientists. Boca Raton–London, CRC Press, 2016. 1632 p.

[11] Полянин А.Д., Зайцев В.Ф., Журов А.И. Методы решения нелинейных уравнений математической физики и механики. Москва, Физматлит, 2005. 256 с.

[12] Тимошенко С. П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. Москва, URSS, 2009. 635 с.

[13] Гаврюшин С.С., Барышникова О.О., Борискин О.Ф. Численный анализ элементов конструкций машин и приборов. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 479 с.

[14] Галанин М.П. Методы численного анализа математических моделей. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. 591 с.

[15] Hartmann F., Katz C. Structural Analysis with Finite Elements. Berlin, Springer, 2004. 484 p.

[16] Ern A., Guermond J.L. Theory and Practice of Finite Elements (Applied Mathematical Sciences). Berlin, Springer, 2004. 526 p.

[17] Solin P. Partial Differential Equations and the Finite Element Method. New Jersey, Wiley-Interscience, 2005. 504 p.

[18] ГОСТ РВ 20.57.305–98. Комплексная система контроля качества. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Методы испытаний на воздействие механических факторов. Москва, Изд-во стандартов, 2001. 54 с.

[19] Кудрявцев И.В., Сильченко П.Н., Михнёв М.М., Гоцелюк О.Б. Сравнительная оценка решений системы дифференциальных уравнений в задаче изгиба прямых участков волноводов космических аппаратов связи. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2017, № 1, с. 4–23, doi: 10.18698/0236-3941-2017-1-4-23

[20] Тестоедов Н.А., Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Михнёв М.М., Халиманович В.И., Наговицин Н.В., Гоцелюк О.Б., Барыкин Е.С. Статический анализ прочностных параметров складчатых тонкостенных оболочечных конструкций волноводов с замкнутым поперечным сечением. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661200, 2012.

[21] Тестоедов Н.А., Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Михнёв М.М., Халиманович В.И., Наговицин В.Н., Синьковский Ф.К. Квазистатический анализ складчатых тонкостенных оболочечных конструкций волноводов. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661201, 2012.

[22] Тестоедов Н.А., Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Михнёв М.М., Халиманович В.И., Наговицин В.Н. Модальный анализ складчатых тонкостенных оболочечных конструкций волноводов с замкнутым поперечным сечением. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661204, 2012.

[23] Тестоедов Н.А., Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Михнев М.М., Халиманович В.И., Наговицин В.Н., Гоцелюк О.Б. Анализ вынужденных колебаний складчатых тонкостенных оболочечных конструкций волноводов с замкнутым поперечным сечением. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661199, 2012.

[24] Тестоедов Н.А., Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Михнёв М.М., Халиманович В.И., Синьковский Ф.К. Термоупругий анализ прямых элементов складчатых тонкостенных оболочечных конструкций волноводов с замкнутым поперечным сечением. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661202, 2012.

[25] Тестоедов Н.А., Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Михнёв М.М., Халиманович В.И., Наговицин В.Н., Синьковский Ф.К. Термоупругий анализ криволинейных элементов складчатых тонкостенных оболочечных конструкций волноводов с замкнутым поперечным сечением. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661203, 2012.

[26] Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Михнёв М.М., Наговицин В.Н., Гоцелюк О.Б. Модуль экспорта локального участка стержневой модели складчатых тонкостенных оболочечных конструкций волноводов с замкнутым поперечным сечением в твердотельную модель Nastran. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661197, 2012.

[27] Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Михнёв М.М., Наговицин В.Н., Гоцелюк О.Б. Модуль экспорта локальной области складчатых тонкостенных оболочечных конструкций волноводов с замкнутым поперечным сечением из стержневой модели в твердотельную модель Ansys. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661198, 2012.

[28] Писаренко Г.С. Справочник по сопротивлению материалов. Киев, Наукова думка, 1988. 736 с.

[29] Горшков А.Г. Сопротивление материалов. Москва, ФИЗМАТЛИТ, 2005. 544 с.

[30] Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Михнёв М.М., Гоцелюк О.Б. Уточненное решение системы дифференциальных уравнений в задаче изгиба оболочечных конструкций волноводов сечения. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2017, № 5(116), с. 4–21, doi: 10.18698/0236-3941-2017-5-4-21

[31] Сильченко П.Н., Кудрявцев И.В., Гоцелюк О.Б., Новиков Е.С. Способ расчета протяженных тонкостенных конструкций с неосесимметричным поперечным сечением. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014, № 11, с. 724–747, doi: 10.7463/1114.0737276