Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

«Омский Государственный Технический Университет»

Кафедра «Авиа- и ракетостроение»

Направление 160100.62 – «Авиа- и ракетостроение»

Расчетно-графическая работа по дисциплине

«прочность конструкций»

РГР-2068998.45.15.00.00.000

Выполнил: студент гр. АК-418

Радченко А. Е.

Дата________ Подпись_______

Проверила:доцент, к.т.н

Гречух Л.И.

Дата________ Подпись_______

Омск 2011

Содержание

Ведение……………………………………………………………………….3

1. Расчет цилиндрической оболочки, подкрепленной шпангоутами ………5

2. Исследование напряженно деформированного состояния полусферической оболочки, заполненной жидкостью…………………..9

3. Исследование напряженно деформированного состояния сферической оболочки, заполненной жидкостью……………………………………….16

4. Расчет сферического топливного бака с опорой по экватору .………… 21

5. Расчет подвесного цилиндрического бака на прочность ………………..27

6. Библиографический список ……………………………………………… 35

Приложение 1 Схема ракеты

Введение

Расчет на прочность конструкций авиа- и ракетостроения представляет собой сложную задачу, охватывающую множество вопросов. К их числу относятся: изучение характера нагрузок, действующих на летательный аппарат; разработка методов теоретического и экспериментального исследования напряженно-деформированного состояния элементов конструкции аппарата при действии статических, динамических и ударных нагрузок; создание конструкции летательного аппарата минимальной массы; обеспечение прочностной надежности как отдельных элементов, узлов, агрегатов, так и конструкции аппарата в целом.

В предлагаемом практикуме рассматривается та часть вопросов, которые относятся к действию лишь статических нагрузок. Кроме того, в основном представлены расчеты баков различной геометрической формы как тонкостенных осесимметричных конструкций летательных аппаратов.

Большую роль в расчетах на прочность играет выбор величины коэффициента безопасности f. При выборе этого коэффициента принимают во внимание следующие факторы.

1. Безопасность обслуживания. Если разрушение конструкции представляет опасность для жизни обслуживающего персонала, то её рассчитывают с повышенным коэффициентом безопасности.

2. Срок работы. Для расчета конструкции с продолжительным временем работы берется повышенный коэффициент безопасности.

3. Требования по жесткости конструкции (ограничения по величине перемещений, отсутствие или допустимость остаточных деформаций).

4. Механические свойства материала. Например, при динамических нагрузках для пластических материалов требуется меньший коэффициент безопасности, чем для хрупких.

5. Точность определения нагрузок. Чем точнее определены нагрузки, тем больше оснований для расчета конструкции с меньшим запасом прочности.

6. Степень соответствия расчетной схемы реальной работе конструкции.

7. Степень статической неопределимости. Для многократно статически неопределимой конструкции разрушение отдельных элементов не приводит к потере несущей способности всей системы. Поэтому допустимо принять пониженный коэффициент безопасности.

8. Степень новизны силовой схемы конструкции, наличие экспериментальных данных о несущей способности аналогичных конструкций.

9. Объем экспериментальной отработки. Проведенный объем опытной отработки прочности позволяет принять пониженный коэффициент безопасности.

10. Чувствительность конструкции к возможным дефектам изготовления. Для тонкостенных конструкций, работающих на устойчивость, берется повышенный коэффициент безопасности.

11. Способ изготовления конструкции. Для литых деталей обычно принимают более высокие запасы прочности, чем для штампованных.

12. Технический уровень производства.

Чем больше запас прочности, тем надежнее работа конструкции. Однако это ведет к увеличению массы и габаритов, что для летательного аппарата недопустимо.

В авиа- и ракетостроении принят расчет по разрушающим нагрузкам. При этом коэффициент безопасности регламентируется нормами прочности.

С учетом изложенного в нормах расчета на прочность конструкций авиа- и ракетостроения рекомендуют следующие коэффициенты безопасности f:

1) для элементов корпуса ракеты при расчетах на прочность ;

2) для элементов корпуса ракеты при расчетах на устойчивость ;

3) для корпусов ракет с РДТТ при расчете от действия внутреннего давления ;

4) для емкостей высокого давления ;

5) для высоконагруженных крепежных и соединительных элементов

Лабораторная работа №1

Расчет цилиндрической оболочки,

подкрепленной шпангоутами

Условие задачи

Рассматривается цилиндрическая оболочка постоянной толщины δ, радиуса R, подкреплённая шпангоутами, равномерно расположенными по её длине. Сечение шпангоута: b×h. Оболочка нагружена избыточным давлением Δр (рис 1.1).

Рис. 1.1. Расчетная схема оболочки, подкрепленной шпангоутами

Цель расчёта

Определить минимальное расстояние между шпангоутами L, которое позволяет исключить взаимное влияние на оболочку двух соседних шпангоутов.

Исходные данные

1. Погонная нагрузка Δр= 0.5 МПа

2. Радиус оболочки R = 0,875 м

3. Толщина оболочки δ = 2· 10^-3 м

4. Ширина шпангоута b =25 · 10^-3 м

5. Толщина шпангоута h =5· 10^-3 м

6. Материал оболочки: ВТ14(0)

коэффициент Пуассона µ=0,3;

модуль Юнга E = 1,15·10¹¹ Па

Расчётная схема 1. Шпангоуты абсолютно жёсткие

Сила взаимодействия между шпангоутами и оболочкой

где β - коэффициент затухания.

и D - цилиндрическая жёсткость оболочки.

Вычисляется перерезающая сила в месте установки шпангоута, определяется изгибающий момент в месте установки :

Погонный изгибающий момент M_X по длине оболочки, затухающий по периодическому закону:

Область существования функции M_X 0 ≤ ≤ 2π, шаг вычислений находится из формулы:

где n – число участков на которые разбивается область существования функции.

Расчётная схема 2. Расчёт подкреплённой оболочки с податливыми шпангоутами.

Расчёт строится на основании данных, полученных в расчётной схеме 1.

Определим площадь поперечного сечения шпангоута:

Определим коэффициент податливости шпангоута:

Определим погонный изгибающий момент по длине оболочки М'_х с учётом податливости шпангоута

Значения M_Xи М'_хв точках с шагом 0,02 и занесем значения в таблицу1.1:

Таблица 1.1

№ точки	х,м	MxНм/м	М'хНм/м
1	0	8945,78	3811.37
2	0,02	1948,94	830.35
3	0,04	-1145,71	-486.85
4	0,06	-1859,62	-792.3
5	0,08	-1509,28	-643.03
6	0,1	-897,14	-382.23
7	0,12	-391,26	-166.69
8	0,14	-86,63	-36.91
9	0,16	48,55	20.68
10	0,18	80,36	34.23
11	0,2	65,51	27.9
12	0,22	39,06	16.64
13	0,24	17,11	7.29

Строим графики М'_х= f(х) и M_X=f(х):

M_X

M`(x)

Рис.2 График погонных изгибающих моментов M_xи М'_х

С использованием графика M_X=f(х) определяют сечение оболочки х₂за которым моментом можно пренебречь. Для этого на графике находят вторую точку пересечения функции M_X с осью х и принимают координату этой точки за искомое х₂. Определяют минимальное расстояние между абсолютно жесткими шпангоутами, позволяющее исключать их взаимное влияние на оболочку:

х₂=0,15м =>

Снижение податливости податливого шпангоута при х=0:

Лабораторная работа № 2