Материал: Погорелов В.И.-Прочность и устойчивость тонкостенных конструкций

При этом δгл находится по известному внешнему давлению:

Выразим через n и ξ эквивалентную толщину шпангоутного отсека, воспользовавшись следующим выражением:

δэ = δ+ (Fшп l) , или, с учетом (5.7),

Но Iшп = kFшп2 , где коэффициент k зависит от формы поперечного сечения шпангоута, поэтому

Fχδгл Lδгл ,

шn0,4 l

Подставив сюда выражение (5.8) для δгл, получим окончательно δ = n10,4 +λn0,6 , где λ – коэффициент, зависящий от внешнего давления, модуля упругости и размеров отсека, – равен:

Воспользуемся третьим из перечисленных выше условий, взяв производную от δ вблизи точки минимума в зависимости от δ и приравняв ее нулю:

59

откуда находим, что отсек имеет наименьшую массу при nopt = 2(3λ) , а соответствующая эквивалентная толщина отсека

клонение количества пролетов от оптимального несущественно увеличивает массу отсека, поэтому окончательное число пролетов можно уменьшать до двух раз по сравнению с оптимальным и

это практически не скажется на массе отсека [18].

Для определения границы между гладким и шпангоутным отсеками подставим nopt в выражение для δ и получим

Поэтому при λ < 0,186 шпангоутный отсек имеет меньшую массу, чем гладкий, а при λ > 0,186 наоборот. Дальнейший расчет отсека сводится к подбору размеров сечения шпангоута по известной площади сечения Fш и выбранной форме поперечного сечения.

5.2. Вафельный отсек

Вафельный отсек имеет продольные стрингеры и поперечные шпангоуты прямоугольного поперечного сечения, которые составляют единое целое с гладкой стенкой (рис. 27).

60

2)местной устойчивости участка оболочки между рёбрами

σ2 ≤ σмкр ;

3)местной устойчивости ребра σ2 ≤ σкрр ;

4)минимума массы.

На основании рекомендаций [18] для обеспечения местной устойчивости ребра принимаем ψ = (5÷6). Вместо массы отсека будем искать экстремум эквивалентной толщины стенки гладкого отсека

δэ = δ + 2 hl δ(ψ −1).

Преобразуем записанное выражение к виду, удобному для отыскания экстремума по одной из переменной.

Из условия общей устойчивости отсека

Считая ψ известным, находим η из условия минимума δ ,

т.е. dδ dη = 0 .

62

Решение этого уравнения удобно находить численно или графически, так как оптимум δ по η довольно пологий.

Теперь, зная δгл,ψ,ηopt , находим толщину δ из (5.16), а для

определения расстояния между ребрами воспользуемся условием местной устойчивости участка оболочки между ребрами:

Теперь h = ηoptl ; δисх = ψδ и все размеры отсека определены. Да-

лее необходимо провести конструкторское проектирование отсека, после чего в рамках проверочного расчета найти коэффициенты запаса устойчивости отсека и его элементов.

5.3.Шпангоуты

Вотсеках, нагруженных внешним давлением, применяют нормальные, силовые и стыковочные шпангоуты.

Нормальный шпангоут придает отсеку заданную геометрическую форму, а также делит его на части, повышая жесткость и критическое давление потери устойчивости.

Силовой шпангоут, предназначенный для крепления грузов внутри отсека, выполняет одновременно и функции нормального шпангоута.

Стыковочные шпангоуты имеются в отсеке всегда, так как обеспечивают соединение со смежными отсеками ракеты. В отличие от нормальных шпангоутов, на силовой и стыковочный шпангоуты действует нагрузка, перпендикулярная их плоскости.

5.3.1.Нормальный шпангоут

Шпангоут представляет собой кольцо с различной формой поперечного сечения. Работает на погонную нагрузку, действующую в его плоскости, которую через внешнее давление можно выразить так: q = ppl , где l – расстояние между шпангоутами

(рис. 28); pp = fp – расчетное внешнее давление.

Под действием этой нагрузки шпангоут сжимается, а напряжения, возникшие в его сечении, определяются из условия равновесия одной четвертой части кольца шпангоута в проекции на

63