Амелина Е.В.   Голушко С.К.   Юрченко А.В.   Воронкова К.С.  

О моделировании и расчете гибридных баков и сосудов высокого давления

Докладчик: Голушко С.К.

Гибридные баки и сосуды высокого давления являются важными элементами многих современных конструкций, в том числе перспективных космических спутниковых систем, предназначенных для длительной эксплуатации. К таким конструкциям предъявляются повышенные требования в связи с их эксплуатацией в открытом космосе, высокими перегрузками во время старта и доставки спутниковой системы на орбиту.

Цель настоящей работы заключается в исследовании подходов к моделированию и расчету гибридных баков и сосудов высокого давления, изучению возможностей по их оптимизации.

Для решения задачи расчета НДС гибридных баков и сосудов высокого давления рассмотрено несколько моделей на основе пространственной теории упругости и различных вариантов теории оболочек с применением различных структурных моделей композиционного материала. Численные расчеты по теориям оболочек выполнены с использованием авторского комплекса программ на основе методов дискретной ортогонализации и сплайн-коллокации. Численные расчеты в рамках пространственной теории упругости выполнены в CAE системе конечно-элементного моделирования и анализа COMSOL™.

Проведено сравнение результатов расчетов в рамках различных теорий оболочек и пространственной теории упругости на гибридных баках с изотропными слоями. Проведен параметрический анализ влияния на запас прочности гибридной композитной конструкции ее геометрических характеристик, структуры армирования углепластиковой оболочки.

Показано, что различие между результатами, получаемыми в рамках различных теорий оболочек, существенно только вблизи мест закрепления и переходных зон, которые определяются на этапе построения конструкции. Параметрический анализ прочности и жесткости гибридных композитных баков показал, что изменением структурных параметров углепластиковой оболочки можно добиться значительного перераспределения напряжений в слоях композита, между композитной оболочкой и лейнером, между различными сегментами оболочки, что открывает широкие перспективы по оптимизационному проектированию гибридных баков и сосудов высокого давления.