ОСОБЛИВОСТІ РОЗРАХУНКУ МІЦНОСТІ БОЛТОВИХ З’ЄДНАНЬ ВІДСІКІВ РАКЕТ-НОСІЇВ

Анотація

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.03.003

Робота присвячена дослідженню особливостей деформування і визначенню критичних навантажень втрати міцності болтових фланцевих з’єднань відсіків ракет-носіїв. Метою роботи є дослідження проблемних  питань коректного вибору розрахункової схеми фланцевих з’єднань окремих відсіків. Викладена методика визначення граничного навантаження болтового з’єднання. Використовуються  методи скінченно-елементного аналізу. В розрахунках виконані всі вимоги, прийняті в галузі норм міцності болтових з’єднань. Застосовані також відповідні коефіцієнти безпеки. Враховується зріз різьби болтів і розвантажувальних втулок, зусилля затяжки з’єднання, що імітується введенням відповідних температурних навантажень, та інші параметри елементів з’єднання. Аналізуються результати проведених руйнівних натурних випробувань фланцевого з’єднання торцевих шпангоутів окремих відсіків. Виявлена невідповідність результатів розрахунку і даних випробувань. Показано, що причини розбіжності обумовлені недостатньо коректним врахуванням конструктивних особливостей з’єднань і дії зовнішніх навантажень, що привело до появи додаткових складових позацентрового розтягу-стиску. Продемонстровано, що результат розрахунку руйнуючого навантаження з урахуванням “важеля сили” прогнозовано виявився меншим, ніж отриманий за розрахунковою схемою “жорсткий шпангоут”, і близьким до даних натурних випробувань. В статті подані також результати числового скінченно-елементного дослідження чутливості результатів розрахунку до варіювання основних параметрів болтового з’єднання: зусиль затяжки болтів, збільшення діаметра розвантажувальних втулок, конструктивного зміщення осів болтів до серединної поверхні оболонки відсіку тощо. Отримані результати можуть бути корисними як науково-методичне підґрунтя до коректного вибору розрахункових схем фланцевих з’єднань відсіків ракет-носіїв.

ПОСИЛАННЯ

1. Балабух Л. И., Алфутов Н. А., Усюкин В. И. Строительная механика ракет. Москва: Высшая школа, 1984. 496 с.

2. Бейцун В. С., Дзюба А. П.  Експериментальне дослідження податливості фланцевих з’єднань у моделі маніпулятора космічного призначення. Проблеми обчислювальної механіки і міцності конструкцій. Зб. наук. праць. 2024. Вип. 38. С 5–19. http://doi.org/10.15421/4224101

3. Бейцун В. С., Тарасов С. В. Методика фотограмметричного вимірювання люфтів та пружних податливостей в шарнірних вузлах транспортних маніпуляторів та штанг космічних апаратів. Технічна механіка. 2024. Вип. 3. С. 124–137. http://doi.org/10.15407/itm2024.03.124

4. Бондаренко Д. А. Криворучко А. Т., Хорольский П. Г. Розробка ефективних систем з’єднення і роз’єднання відсікв. Journal of Rocet-Spact Technology. 2020. № 28(4) C.14–20, http://doi.org/10.15421/452002

5. Дегтярёв А. В. Ракетная техника. Проблемы и перспективы. Днепр: АРТ-ПРЕСС. 2014. 420 с.

6. Дзюба А. П., Дзюба О. А., Сіренко В. М. Дослідження чутливості результатів розрахунку міцності елементів конструкцій до варіювання вхідних даних. Проблеми обчислювальної механіки і міцності конструкцій. Зб. Наук. праць. 2024. Вип. 39. 

7. Лизин В. Т., Пяткин В. А. Проєктиривание тонкостенных конструкций. М.: Машиностроение, 1976. 408 с.

8. Манько Т. А., Литот А. В. Применение современних программних комплексов при проектировании и изготовлении фланцев топливного бака из углепластика. Системне проєктування та аналіз характеристик аерокосмічної техніки. Д.: Лира, 2019. С. 90–94.

9. Мікульник І. О., Карвацький А. Я., Іваненко О. І., Лелека С. В. Фланцеві з’єднання обладнання і трубопроводів хімічної технології. Вісник НТУУ «КПІ ім.. Ігоря Сікорського». Серія: Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження. 2023. № 2(22). С. 15–31.

10. Моссаковский В. И., Макаренков А. Г., Никитин П. И., Саввин Ю. И., Спиридонов И. Н. Прочность ракетных конструкций. М.: Высшая школа, 1990. 360 с.

11. Харченко В. Моделювання та визначення напруженого стану стиків ракетних конструкцій із композиційних матеріалів. Прикладні проблеми механіки і математики. 2017. Вип. 15. C. 185–190.

12. Харченко В., Клименко Д. Навантаженість стиків ракети з урахуванням особливостей конструкцій суміжних відсіків. Прикладні проблеми механіки і математики. 2019. Вип.17. C. 98–104. https://doi.org/10.15407/apmm2019.17.98-104

13. Dzyuba A., Sirenko V. Substantiation of Reliability of Calculation of Strength of Rocket and Space Technology Structures Without Destructive Tests/ Advances in Mechanics. Current Research Results of the NAS of Ukraine. Chapter 12. P. 212–222. https://doi.org/10.1007/978-3-031-37313-8_12

14. Zienkiewicz O. C., Taylor R. L., Zhu J. Z. The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals. Sixth edition. Butterworth-Heinemann, 2016. 753 р.