ності конструкції у вихідному варіанті, оцінка можливості полегшення конструкції - раціональне проектування елементів конструкції (стержнів), за умови варіювання товщиною (кількість шарів), схемою намотування, геометрією поперечного перерізу. Форму конструкції і число стрижнів міняти не можна.
br/>
2. Вихідні матеріали
В· Вуглепластик КМУ 4Л
В· Вуглепластик на основі препреги До
3. Фізико-механічні властивості матеріалів
В· Щільність
Углепластік КМУ 4Л Оі а = 1,5 г/см 3
Углепластік на основі препреги До Оі b = 1,7 г/см 3
В· Модуль пружності при розтягуванні вздовж волокон
Е а1 = 140 ГПа
Е b1 = 210 ГПа
В· Модуль пружності при розтягуванні поперек волокон
Е а2 = 8 ГПа
Е b 2 = 8 ГПа
В· Модуль зсуву в площині
G 12 = 4 ГПа
В· Коефіцієнт Пуассона
ОЅ 12 = 0,25
В· Сила тяги
F 1 = 10787 Н
В· Сила, що виникає від зміщення вектора тяги
F 2 = 0,1 F 1 = 1078 Н
4. Геометричні розміри
В· Висота конструкції
h = 700мм
В· Діаметр шпангоутів
D 1 = 700мм
D 2 = 400мм
В· Перетин стрижня прямокутне
a = 0,20 мм
b = 0,36 мм
В· Схема армування
+80/0/0/0/0/-80
В· Товщина шару:
Оґ а = 0,18 мм
Оґ b = 0.2мм
В
II. Теоретична частина
Модель конструкції
В
Дана конструкція складається з двох кільцевих шпангоутів і симетрично розташованих стрижневих елементів ферми. Стрижні в вузлах з'єднані шарнірами. Навантаження прикладена в центрі меншого шпангоута і розподілена по шести точках з'єднання стрижнів.
Стрижень ферми являє собою шаруватий композиційний матеріал, армований прямими волокнами. Верхній і нижній шари - це вуглепластик КМУ-4Л (наповнювач Лу-П-0, 1; сполучна ЕНФБ). Середні верстви - це вуглепластик на основі препреги К (наповнювач Кулон-П; сполучна ЕНФБ). Верхній шар намотаний під кутом плюс 80 0 у напрямку до навантаженні, далі чотири шари - під кутом 0 0 , і останній шар намотаний під кутом мінус 80 0 .
В
Вимоги пред'являються до вихідних матеріалів:
В· низька щільність
В· висока питома міцність
В· висока питома жорсткість
За поєднанню міцності і модуля пружності армовані ПКМ з односпрямованої орієнтацією волокон істотно перевершують всі сучасні металеві конструкційні матеріали. Ці переваги виявляються тим більш значними, якщо взяти до уваги низьку щільність ПКМ (1300.2000 кг/м 3 ). Основною особливістю армованих пластиків є яскраво виражена анізотропія їх механічних властивостей, обумовлена орієнтацією волокон у матриці в одному або декількох напрямках. Вибір орієнтації обумовлюється розподілом напружень в елементах конструкцій. Це дає можливість оптимізувати структуру матеріалу за ваговими характеристикам, що дозволяє створювати конструкції з мінімізованої матеріалоємністю [4].
Вуглецеві волокна знайшли широке застосування в конструкціях, які повинні мати обмежений вагу. Серед усіх армованих пластмас вуглепластики володіють найбільш високими стійкістю до втомним випробувань та довговічністю. Вуглепластики погано пропускають рентгенівські промені. Вони мають дуже низький коефіцієнт лінійного розширення і виявляються найбільш придатними для конструювання космічних апаратів, що піддаються значних перепадів температур між сонячною і тіньовою сторонами [8].
Шарувата структура армованих пластиків дає можливість в широкому діапазоні варіювати механічні властивості цих матеріалів. <В
III. Розрахункова частина
1. розрахунок пружних характеристик шаруватого композиту (стержня) за заданими пружним характеристикам шару.
Закон Гука встановлює функціональну залежність між напруженнями і деформаціями. Напруги і деформації є фізичними величинами, які можна класифікувати як тензори другого рангу.
, (1.1) p> де Пѓ ij - тензор напружень
C ijmn - тензор пружності
Оµ ij - тензор деформацій.
Для ортотропного шару, навантаженого в площині армування 1-2 і для випадку плоского напружено-деформованого стану закон деформування виглядає наступним чином:
(1.2)
де
В (1.3)
Складемо матрицю Q 1 для шарів під кутом 0 0
, (Па)
Складемо матрицю Q 2 для верхньог...
