CC BY
46"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
Зерно в сварном шве - мелкое равноосное, его размеры составляют ~0,01.. .0,03 мм, что в среднем меньше, чем в основном металле, в 17,5 раз. Интерметаллид-ные фазы оказались в раздробленном состоянии. Mожно полагать, что повышение ств связано не только с измельчением структуры шва и с измельчением ин-терметаллидов, но и с дисперсионным упрочнением a-твердого раствора сплава тонкодисперсными частицами H^ Mикротвердость основного металла и сварного шва одного уровня - 76,4. 78,7 HV (среднее - 77,55 HV или 73,5 HB), т. е. при сварке разупрочнение не происходит.
B следующей серии работ было установлено, что в результате предварительной механоактивации композиции, состоящей из частиц алюминия и H^ и последующего ее прессования содержание HП (на примере HП TiN) в прутке увеличивается до 7,7 масс. % [7], что в еще большей степени позволяет повысить скорость сварки при одновременном уменьшении расхода электродной проволоки.
Заключение. B результате выполненной в производственных условиях работы была установлена возможность измельчения структуры сварного шва и повышения механических свойств сварного изделия типа оболочки из листов алюминиево-магниевого сплава AMrá с применением в качестве модификаторов нанопорошков химических соединений нитрида бора BN, гексаборида лантана LaB6 и карбонитрида титана TiCN.
Библиографические ссылки
1. Hartman D. A., Davé V. R., Cola M. J. In-process quality assurance for aerospace welding II Welding Journal. 2009. Vol. 88, № 1. P. 28-31.
2. Hall E. O. The deformation and Ageing of Mild Steel: III. Discussion of Results II Proceeding of the Physical Society. Section B. 1951. Vol. 64, № 9. P. 717-753.
3. Petch N. J. The Cleavage Strength of Polycrystals II Journal of Iron and Steel Institute. 1953. Vol. 174. P. 25-28.
4. Бондарев Б. И., Шпалков B.R, Тарарышкин B. И. Mодифицирование алюминиевых деформируемых сплавов. M. : Mеталлургия, 1979. 224 с.
5. Крушенко Г. Г., Фильков М. Н., Балашов Б. А. и др. Измельчение структуры сплава Д16 при модифицировании прутками с ультрадисперсными порошками // Цветная металлургия. 1991. № 4. С. 8-10.
6. Патент РФ 2429958. Способ изготовления электродной проволоки для сварки алюминиевых сплавов / Г. Г. Крушенко. 2011. Бюл. № 27.
7. Крушенко Г. Г., Фильков М. Н. Технология получения алюминиевого композита с повышенным содержанием упрочняющих нанопорошков // Вестник СибГАУ. 2011. Вып. 1. С. 139-142.
References
1. Hartman D. A., Dave V. R., Cola M. J. In-process quality assurance for aerospace welding // Welding Journal. 2009. Vol. 88, № 1. P. 28-31.
2. Hall E. O. The deformation and Ageing of Mild Steel: III. Discussion of Results // Proceeding of the Physical Society. Section B. 1951. Vol. 64, № 9. P. 717753.
3. Petch N. J. The Cleavage Strength of Polycrystals // Journal of Iron and Steel Institute. 1953. Vol. 174. P. 25-28.
4. Bondarev B. I., Napalkov V. I., Tararyshkin V. I. Modificirovanie aljuminievyh deformiruemyh splavov [Inoculation of wrought aluminium alloys]. Moscow : Metallurgija, 1979. 224 p.
5. Krushenko G. G., Fil'kov M. N., Balashov B. A. et al. [Refinement of the structure of the alloy D16 when modifying the bars with ultra-fine powders] // Cvetnaja metallurgija. 1991. № 4. P. 8-10. (In Russ.)
6. Krushenko G. G. Sposob izgotovleniya elektrodnoy provoloki dlya svarki alyuminievykh splavov [A method of manufacturing the electrode wire for welding aluminum alloys]. Patent RF, no. 2429958, 2011.
7. Krushenko G. G., Fil'kov M. N. [Technology for producing aluminum composite material with a high content of reinforcing powders] // Vestnik SibGAU. 2011. № 1. P. 139-142. (In Russ).
© Тестоедов Н. А., Крушенко Г. Г., Двирный В. В.,
Двирный Г. В., 2016
УДК 629.78:531.395
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ФЕРМЕННОЙ КОНСТРУКЦИИ КРУПНОГАБАРИТНОГО КОСМИЧЕСКОГО РЕФЛЕКТОРА ПРИ РАСКРЫТИИ
Ф. Р. Файзуллин
Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана Российская Федерация, 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., 5 E-mail: [email protected]
Рассмотрены особенности моделирования динамики раскрытия крупногабаритной структурной космической антенны.
Ключевые слова: динамика раскрытия, крупногабаритная космическая конструкция, многокомпонентная механическая система, ADAMS, EULER, зазоры в ферменной конструкции, постановка на упор.
<Тешетневс^ие чтения. 2016
ANALYSING STRESSES IN A TRUSS STRUCTURE OF A LARGE SPACE REFLECTOR
DURING THE DEPLOYMENT
F. R. Faizullin
Bauman Moscow State Technical University 5, Baumanskaya 2-ya Street, Moscow, 105005, Russian Federation E-mail: [email protected]
Parametric analysis of large structural space antenna deployment is conducted with an EULER model.
Keywords: Dynamics of deployment, large scale space structure, multibody system, ADAMS, EULER, backlash in truss structure, mechanism fixation.
С увеличением потребных размеров космических рефлекторов встает проблема обеспечения точности параболической поверхности. Одновременно перед крупногабаритной космической конструкцией стоят жесткие требования по габаритным размерам, в связи с чем она должна быть сборной (при наличии возможности использования манипуляторов или сборщика-человека) или трансформируемой. Распространенным типом трансформируемых конструкций являются конструкции рефлекторов зонтичной схемы [1]. Но для них с увеличением габаритного размера нарастают затраты на юстировку вследствие низкой жесткости конструкции. Решением проблемы может стать использование более жесткой ферменной конструкции.
Примером может служить класс структурных ферменных конструкций рефлекторов, предложенный в ОКБ МЭИ. Такие конструкции состоят из верхнего (рабочего) стержневого пояса, нижнего пояса и диагональных стержней, соединяющих пояса. К верхнему поясу крепится радиоотражающее сетеполотно, поэтому именно к положению шарнирных узлов верхнего пояса предъявляются требования по точности параболической поверхности [2; 3].
Данный тип конструкции обеспечивает соотношение «поперечный габарит в рабочем состоянии/ в транспортном состоянии» не меньше 13. Развертывание в рабочее состояние производится при помощи пружин, установленных в шарнирных узлах. Такой неконтролируемый способ развертывания заставляет пристально рассматривать процесс раскрытия на предмет, во-первых, величины напряжений, возникающих в элементах конструкции, и, во-вторых, надежности раскрытия.
Из-за сложности механической системы анализ динамики раскрытия структурной ферменной конструкции проводится при помощи автоматизированных средств анализа механики, таких как MCS.ADAMS или в данном случае отечественного программного комплекса EULER [4; 5]. В результате расчета модели механической системы в ПК EULER могут быть получены реакции в ее узлах, а также кинематические параметры процесса раскрытия [6]. Полученные значения усилий позволяют рассчитать напряжения, действующие в элементах конструкции, с их распределением во времени и по элементам конструкции. Данным методом было исследовано влияние таких параметров конструкции на динамику раскрытия, как за-
зоры в шарнирах, упругие и демпфирующие свойства упоров, встроенных в шарнирные узлы [7]. Параметрический анализ проведен для структурной конструкции с 12 секциями в длину и 6 секциями в ширину. Такая форма получена урезанием конструкции с симметричным шестиугольным рабочим поясом. Также поле напряжений было рассчитано для конструкции с рабочим поясом неурезанной шестиугольной формы с 12 секциями в длину и 12 в ширину.
Библиографические ссылки
1. Лопатин А. В., Рутковская А. М. Обзор конструкций современных трансформируемых космических антенн // Вестник СибГАУ. 2007. № 2.
2. Моделирование динамики раскрытия ферменного каркаса трансформируемого рефлектора антенны космического базирования методом конечных элементов / И. Е. Гутовский, А. В. Золин, С. В. Курков и др. // Современное машиностроение. Наука и образование. 2012. № 2. С. 276-285.
3. Проектирование и расчет крупногабаритных раскрывающихся конструкций с помощью программных комплексов MSC.Software / С. C. Щесняк, А. В. Романов, И. В. Хитров и др. // CADmaster. 2009. № 2-3. С. 28-36.
4. Крылов А. В., Чурилин С. А. Моделирование развертывания многозвенных замкнутых космических конструкций // Вестник МГТУ имени Н. Э. Баумана. Серия «Машиностроение». 2012. Спецвыпуск «Крупногабаритные трансформируемые космические конструкции и материалы для перспективных ракетно-космических систем». С. 80-91.
5. Dr. Mengliang Zhao, Prof. Fuling Guan. Deployment analysis and design of large deployable antenna structures constructed from tetrahedral truss units, 57th International Astronautical Congress. 2006.
6. Зимин В. Н., Бойков В. Г., Файзуллин Ф. Р. Расчет раскрытия крупногабаритной космической конструкции ферменного типа // Вестник МГТУ имени Н. Э. Баумана. Серия «Машиностроение», 2012. Спецвыпуск «Крупногабаритные трансформируемые космические конструкции и материалы для перспективных ракетно-космических систем». № 2. С. 5-15.
7. Shaoze Yan, Lin Zhang, Yongsheng Shen. Dynamic Analysis of Deployable Structures with Clearance Connections : International Conference on Mechanical Engineering and Mechanics. October 26-28. 2005. Nanjing, China.
"Крупногабаритные трансформируемые конструкиии космических, аппаратов
References
1. Lopatin A. V., Rutkovskaya A. M. [Review of structures of modern transformable space antennas] // Vestnik SibGAU. 2007. № 2. (In Russ.).
2. FEA Simulation of Deploying Dynamics of Space Self-Deployable Antenna Truss Framework. Modeling the dynamics of disclosure truss frame transformable reflector antenna for space-based finite element / I. E. Gutovsky, A. V. Zolin, S. V. Kurkov, V. A. Panteleev, D. A. Khlebnikov et al. // Sovremennoe Mashinostroenie. Nauka i obrazovanie. 2012. № 2. P. 276-285.
3. Design and calculation of large-sized unwrapping structures with the help of software systems MSC.Software / S. S. Shchesniak, A. V. Romanov, I. V. Khitrov et al. // CADmaster. 2009. № 2-3. P. 28-36. (In Russ.).
4. Krylov A. V., Churilin S. A. Simulation of Deployment of Multi-link Closed Space Structures // Vestnik MGTU im. Baumana. «Mashinostroenie» series. «Special issue Large-sized transformable space structures
and materials for perspective rocket-space systems». 2012. № 2. P. 80-91. (In Russ.).
5. Dr. Mengliang Zhao, Prof. Fuling Guan. Deployment analysis and design of large deployable antenna structures constructed from tetrahedral truss units // 57th International Astronautical Congress. 2006.
6. Zimin V. N., Boikov V. G., Faizullin F. R. Calculation of Deployment of a Large-Sized Truss-Type Space Structure // Vestnik MGTU im. Baumana. «Mashinostroenie» series. «Special issue Large-sized transformable space structures and materials for perspective rocket-space systems». 2012. № 2. P. 5-15. (In Russ.).
7. Shaoze Yan, Lin Zhang, Yongsheng Shen. Dynamic Analysis of Deployable Structures with Clearance Connections. International Conference on Mechanical Engineering and Mechanics. October 26-28. 2005. Nanjing, China.
© ®a03ynnHH P., 2016
УДК 621.396.677.8
СРАВНЕНИЕ ДВУХ ПОДХОДОВ К РАЗРАБОТКЕ ОПТИМАЛЬНОЙ КОНСТРУКТИВНО-СИЛОВОЙ СХЕМЫ ТОНКОСТЕННОГО РАЗМЕРОСТАБИЛЬНОГО РЕФЛЕКТОРА ИЗ УГЛЕПЛАСТИКА
Е. К. Филина1'2*, М. Ю. Архипов2, Е. С. Голубев1'2, К. В. Михайловский1
Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана Российская Федерация, 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., 5 2Астрокосмический центр Учреждения Российской академии наук Физического института имени П. Н. Лебедева РАН Российская Федерация, 117997, г. Москва, ГСП-7, Профсоюзная ул., 84/32 *E-mail: [email protected]
Сравниваются две конструктивно-силовые схемы тонкостенного размеростабильного рефлектора зеркальной космической антенны, разработанные разными подходами к моделированию: традиционным методом и методом топологической оптимизации на базе современных систем численного инженерного анализа.
Ключевые слова: размеростабильный тонкостенный рефлектор, традиционный подход к моделированию, топологическая оптимизация.
COMPARISON OF TWO APPROACHES TO STRUCTURAL ARRANGEMENT DESIGN OF THIN DIMENSIONALLY STABLE CARBON REFLECTOR
E. K. Filina1,2*, M. Ju. Arhipov2, E. S. Golubev1,2, K. V. Mihajlovskij1
1Bauman Moscow State Technical University 5/1, Baumanskaya 2-ya Street, Moscow, 105005, Russian Federation
2The Astro Space Center of Lebedev Physical Institute of Russian Academy of Sciences 84/32, Profsoyuznaya Street, Moscow, GSP-7, 117997, Russian Federation *E-mail: [email protected]
The article concerns thin dimensionally stable carbon reflector of a space antenna and compares two structural arrangements, worked out via different approaches to modelling: traditional method and optimization topology based on modern CAE-systems.
Keywords: dimensionally stable thin reflector, traditional approach to construction modelling, topology optimization.
Рефлекторы космических антенн широко применяются для исследования космоса, обеспечения телекоммуникаций и связи между космическими аппаратами и наземными объектами [1]. К ним предъявляются все более высокие требования по геометриче-
ской точности рабочей поверхности, жесткости и температурной формостабильности. Традиционный подход к созданию конструкций, соответствующих данным требованиям, основан на том, что разработчик самостоятельно выбирает параметры геометрии и
