ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Выбор компоновочио-силовой схемы и разработка чертежной документации из "Проектирование тонкостенных конструкций Изд.3 " На данном этапе определяются принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве изделия и его составных частях, геометрических характеристиках, способах сочленения агрегатов, мерах, обеспечивающих требуемые характеристики и удовлетворяющих основным требованиям производства, испытаний и эксплуатации. Принятые решения определяют успех дальнейшей разработки, сроки отработки и эксплуатационные качества. [c.7] Выбор рациональной КСС. Совершенство конструкции, ее габариты, масса, надежность, работоспособность зависят от рациональности ее компоновочно-силовой схемы. Под силовой схемой понимают совокупность конструктивных элементов, обеспечивающих геометрическую неизменяемость под действием внешних нагрузок. Рациональной является схема, в которой действующие силы замыкаются на возможно более коротком участке при помощи элементов, работающих преимущественно на растяжение или сжатие, а не на изгиб. Одним из признаков рациональной конструкции является ее компактность. Полезное использование объема уменьшает габариты и массу. [c.8] Следует указать иа различие между понятиями оптимальности и рациональности, заключающееся в том, что оптимальность связана с минимизацией целевой функции, в то время как рациональность не предполагает существования какого-либо функционала, а выражается в самостоятельном, дополнительном требовании проектировщика к конструкции. [c.8] Из опыта проектирования известны преимущества и недостатки возможных КСС и имеются некоторые сравнительные количественные их оценки. При анализе различных вариантов определяется, какой из них наилучшим образом удовлетворяет основным требованиям, дается также оценка различных материалов, способов изготовления основных деталей и конструкции в целом. Выбор материала производится по основным.деталям, составляющим основу конструкции, например для тонкостенных конструкций — по оболочкам. Форма несущественных деталей и их взаимная увязка устанавливаются в общих чертах. Эффективное компоновочное решение может быть достигнуто следующими мерами. [c.8] Например, для дннща, работающего под внешним давлением, при увеличении его выпуклости (см. рис. 1, в) уменьшаются толщина оболочки б и площадь распорного шпангоута F. Однако при этом увеличивается и площадь поверхности детали. Исследованиями оптимальности по углу Р установлено, что минимальная масса днища достигается при Р = 60°. [c.9] Например, передача осевой нагрузки может быть осуществлена через стержневую раму (рис. 3, а) илн оболочку-раму (рис. 3. б, в). При сравнительно бадь-ших значениях сил предпочтительнее будет оболочка. [c.9] Перечисленные приемы требуют одновременной всесторонней оценки принимаемых решений в части их осуществимости, а также производственных и эксплуатационных трудностей, которые возникнут при реализации проекта. Большое значение имеет проектировочный расчет прочности, позволяющий провести сравнительную оценку массовых характеристик различных вариантов. [c.9] Целью расчета прочности является оценка paциoнaльнo т силовой схемы отдельных узлов, выбор наиболее эффективногс материала, а также более подробный выбор форм деталей и основ ных размеров, обеспечивающих наименьшую массу. При этом конструктивные подробности отдельных деталей не представляют интереса. Например, нет необходимости устанавливать окончательно профиль сечения распорного шпангоута емкости, достаточно знать только требуемую площадь его сечения. Не представляют также интереса конструктивные подробности вафельной оболочки (вид расположения ребер, их шаг и размеры подкрепления), достаточно только определить эквивалентную толщину, характеризующую массу. Предварительные значения масс — основная расчетная величина для разработки детальной чертежной документации. [c.10] Для тонкостенных конструкций принципиальное значение имеет выбор наиболее эффективной конструкции стенкн оболочки, так как окончательно принятый вариант определяет силовую схему изделия в целом и особенности его изготовления. Как правило, при установлении того или иного варианта вступают в силу ограничения технологического характера. Возможные варианты конструкций располагают в последовательности возрастания их эффективности по массе (подкрепленные, вафельные, трехслойные). [c.10] По конструкции стенки применяют оболочки однослойные не-подкрепленные, двухслойные, подкрепленные шпангоутами или одновременно со шпангоутами и стрингерами, вафельные и трех-слойные. Возможны также и комбинированные варианты. Например, на вафельных или трехслойных оболочках дополнительно могут быть установлены промежуточные шпангоуты. Двухслойные оболочки применяют обычно для выполнения требований тепло-или звукоизоляции, при этом силовую основу составляет слой, выполненный из конструкционного материала (композиционного или металлического). Выбор того или иного варианта определяется ограничениями по массе, эксплуатационными условиями, характером и величиной действующих нагрузок. В табл. 1 представлены конструкции стенок, расположенные в последовательности уменьшения массы оболочек, и ориентировочные значения их коэффициентов совершенства по массе Ко- На рис. 4 приведены значения коэффициентов эффективности конструкций по массе Nq для основных конструкций стенок из различных материалов, расположенных в последовательности уменьшения массы. Значения Nq можно рассматривать как ориентировочные, теоретически достижимые без ограничений по прочности материала и прочим параметрам конструкции, которые учитываются при конкретном проектировании. Анализируя рис. 4, можно сделать следующие выводы. [c.10] Разработка детальной чертежной документации. На этом этапе проводится подробный уточненный расчет прочности, которы носит одновременно проектировочный и проверочный характер. Качество, точность, быстрота и полнота расчетов оказывают влияние на совершенство конструкций по массе. Производятся выбор конкретных марок материалов, расчет усилий в сечениях деталей, выбор рациональных профилей сечений и определение их размеров. Выбор материалов определяется сравнением показателей их совершенства по массе Квмлт, а также специальными конструктивными требованиями (коррозионной стойкостью, жаростойкостью и т. п.). [c.12] Геометрические несовершенства представляют отклонения поверхности оболочки от теоретического контура, которые могут быть направлены в наружную или внутреннюю сторону с переменным значением прогиба вдоль образующей (рис. 5). Характер отклонений целиком определяется способом изготовления, а также используемым материалом. Как правило, в конструкциях не допускают отклонения, превышающие половину толщины для неподкрепленных гладких оболочек А 0,56и половину приведенной изгибной толщины для вафельных и трехслойных — А 0,5бдр. Местные несовершенства отмечаются в местах соединения оболочек с другими деталями. Например, в зонах, прилегающих к кольцевым или продольным сварным швам, в местах приварки к оболочке кронштейнов (рис. 6) и т. п. Кроме того, в вафельных оболочках при недостаточной длине утолщения под сварку возможны коробления стенки в отдельных ячейках. С целью их уменьшения и исключения преждевременной местной потери устойчивости увеличивают ширину утолщенного участка зоны шва, уменьшают размер ячеек введением дополнительных ребер или увеличивают толщину стенки в ячейках на 20...25%. [c.13] ИЛИ отверстия в оболочке, соединение торцов оболочки со шпангоутом внахлестку, при котором помимо безмоментных усилий в стенке возникают изгибающие усилия (рис. 7). Последние могут быть и при стыковом соединении из-за недостаточной жесткости шпангоута или нерационального приложения внешней нагрузки (вид И). [c.14] Помимо рассмотренных возможны также технологические несовершенства. Например, при соединении оболочки со шпангоутом сваркой в шве и примыкающей к нему зоне имеются остаточные сварочные напряжения. Их величина может быть достаточно большой и зависит от технологии изготовления (режима сварки, подготовительных операций). Для снятия напряжений применяют отжиг конструкции, если это позволяет материал. С целью компенсации снижения несущей способности из-за сварочных напряжений и геометрических несовершенств в околошовной зоне увеличивают жесткость стенки. В вафельных оболочках наиболее просто это достигается увеличением на 20...25% ширины ребер. Практика подтверждает, что при тщательно отработанных технологических процессах подготовки к сварке и режимах сварки можно добиться существенного уменьшения влияния внутренних сварочных напряжений и геометрических несовершенств и избежать необходимости введения локальных усилений. [c.14] К технологическим несовершенствам относятся и расслоения в двухслойных, трехслойных стенках. При значительной их площади отмечается снижение несущей способности оболочки. [c.14] Многие несовершенства не поддаются теоретической оценке. Их влияние достоверно устанавливается по результатам натурных испытаний в обобщенном виде, т. е. обычно не исследуется влияние каждого фактора в отдельности. При необходимости это может явиться предметом специальных исследований на отсеках с провоцирующим воспроизведением интересующего. [c.14] Вернуться к основной статье