ОПТИМАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ

 

Силовая схема шпангоута, как правило, определяется количеством, расположением и формой силовых элементов (стенки, балок, внутренних и внешних поясов, ребер жесткости, фитингов и т. д.), а также способами их соединения.

Процесс выбора рациональных вариантов силовых схем, с одной стороны, наиболее близких к идеалу - ТОК, с другой стороны, учитывающих конструктивные и технологические требования к проектируемому изделию, к сожалению, невозможно представить в форме алгоритма и, следовательно, полностью автоматизировать.

Эвристическая программа, соответствующая этому процессу, может быть представлена в следующем виде. Первое приближение к выбору рациональной структуры синтезируемого объекта может дать информация о расположении сгустков жесткости и зон с "разреженной" жесткостью в ТОК. Граница вырожденных и невырожденных элементов определит контур силовой части проектируемой упругой системы. Если эта граница не является четко выраженной, то далее целесообразно прорабатывать несколько вариантов структуры конструкции. Анализ путей передачи сил в континуальной модели "подскажет" тип силовых элементов и их расположение в пространстве. Так, "хребты" повышенных толщин пластинки, в которых материал работает в одноосном напряженном состоянии, вполне могут трактоваться как стержневые элементы. Зоны континуальной модели, в которых материал испытывает касательные напряжения, могут интерпретироваться как мембранные стенки или как система перекрестных стержней в искомой конструкции. Места и способы рационального соединения элементов конструкции могут определиться также в результате сравнения различных вариантов решения этих вопросов.

Для каждого варианта "рационального" шпангоута – варианты "Rat" – создается конечно-элементная модель второго уровня КЭМ-II, производится статический расчет и выполняется анализ напряженно-деформированного состояния конструкции, определяется силовой фактор и делается проверка равновесия для шпангоута с оболочкой, имеющей толщину 1 мм.

Затем по усилиям в элементах конструкции подбираются размеры прочных сечений – площади поперечных сечений поясов и толщина стенки. Для нового распределения материала определяются силовой вес и прогнозируемая масса конструкции. Сравниваются значения силового фактора для разных вариантов распределения материала.

 

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РАЗРАБОТАННЫХ ВАРИАНТОВ СИЛОВОЙ СХЕМЫ ШПАНГОУТА

 

Одним из самых сложных и ответственных является четвертый этап решения поставленной задачи по намеченному в разделе 2.6 плану. В процессе проектирования шпангоута разработаны ТОК и несколько технологически реализуемых вариантов шпангоута "Rat", " Int" и " Tr" для рассматриваемого случая нагружения. К проектируемой конструкции предъявляются разнообразные требования, которые сформулированы в разделе 2.3. Для выбора наилучшего варианта силовой схемы шпангоута, следовательно, необходимо рассматривать сложную многокритериальную задачу. Эта задача, как правило, не имеет однозначного решения и зависит от мнения Эксперта, который "ранжирует" требования по их влиянию на качество изделия в целом.

Для авиационных конструкций обычно наиболее приоритетным критерием качества является требование минимума массы конструкции при выполнении всех функциональных требований. Поэтому при сравнении различных вариантов шпангоута рекомендуется сразу отбросить варианты, для которых не выполняются условия прочности (то есть нарушаются функциональные требования) и которые имеют значительно большую массу по сравнению с остальными. Для оставшихся вариантов можно выполнить сравнительный анализ с использованием всех критериев качества проектируемого изделия – прогнозируемой массы, прочности, жесткости, производственной технологичности конструкции и т. д. На этом этапе необходимо выделить проекты, принадлежащие множеству Парето (или области компромиссов). Каждый из оставшихся проектов, если он "проигрывает" какому-либо варианту конструкции по одному или нескольким критериям качества изделия, то должен "превосходить" этот вариант хотя бы по одному другому критерию качества.

Таким образом, в результате сравнительного анализа должен появиться либо наилучший вариант, либо «конкурентоспособные» варианты силовой схемы шпангоута.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

 

Курсовой проект состоит из пояснительной записки и презентации в электронном виде. В курсовом проекте должны найти отражение следующие данные и результаты.

 

1. Описание проектной задачи. Обоснование "интуитивного" варианта конструкции. Эскизы вариантов шпангоута.

2. Описание КЭМ-I.

3. Графики изменения массы конструкции (целевой функции) и функций максимально нарушенных ограничений по итерациям при поиске ТОК.

4. Распределение материала и картины ПГУ в теоретически оптимальной конструкции.

5. Описание КЭМ-II и результатов анализа напряженно-деформированного состояния для силовых схем "Rat", "Int" и "Tr".

6. Распределение материала в конструкции после оптимизации для каждой из силовых схем шпангоута.

7. Гистограммы значений силового фактора и потребной по прочности массы для ТОК и всех вариантов силовых схем шпангоута "Rat", "Int" и "Tr".

8. Эпюры уравновешивающих потоков касательных сил в оболочке

- для КЭМ-I на начальной и конечной итерациях;

- КЭМ-II, вариант "Rat";

- КЭМ-II, вариант "Int ";

- КЭМ-II, вариант "Tr".

Для варианта "Tr" КЭМ-II даются результаты дополнительных расчетов с толщиной оболочки 0,1 мм и 10 мм.

9. Анализ результатов работы и выводы.

 

Ориентировочный объем пояснительной записки, набранной в редакторе Microsoft Word – 25-30 страниц формата А4, кегль – 14, междустрочный интервал - полуторный. Примеры оформления рисунков представлены в Приложении на рисунках П1 – П5.

Презентация содержит около 25-30 слайдов.

Примерное время на доклад с использованием электронной интерактивной доски 5-7 мин.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

(основной)

 

1. Житомирский, Г. И. Конструкция самолетов/ Г. И. Житомирский – М.: Машиностроение, 1995. – 416 с.

2. Корольков, О. Н. Проектирование местных усилений каркасных агрегатов самолета/ О.Н. Корольков - Самара: СГАУ, 1997. - 64 с.

3. Комаров, В. А. Автоматизация проектирования авиационных конструкций/ В.А. Комаров - Самара: СГАУ, 1993. - 72 с.

4. Рычков, С. П. MSC visual NASTRAN для Windows/ С.П. Рычков - М.: НТ Пресс, 2004. - 552 с.

(дополнительной)

 

5. Хог, Э. Прикладное оптимальное проектирование/ Э. Хог, Я. Арора - М.: Мир, 1983.

6. Новые направления оптимизации в строительном проектировании / М.С. Андерсон, Ж.Л. Арман, Я. Арора [и др.] - М.: Стройиздат, 1989.

7. Комаров, А.А. Основы проектирования силовых конструкций/ А.А. Комаров - Куйбышев: 1965. - 82 с.

8. Пустовой, Н.В. Оптимальное проектирование стержней и подкрепленных пластин на основе минимизации энергии деформации/ Н.В. Пустовой, Г.И. Расторгуев - Новосибирск: Издательство НГТУ, 2002.

9. Комаров, В.А. Проектирование силовых схем авиационных конструкций/ В.А. Комаров // Актуальные проблемы авиационной науки и техники. - М.: Машиностроение, 1984. С.114-129.

10. Норенков, И.П. Основы автоматизированного проектирования: учебник для вузов/ И.П. Норенков - М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2002.-336с.

11. Управление жизненным циклом продукции/ А.Ф.Колчин, М.В.Овсянников, А.Ф.Стрекалов [и др.] - М.: Анахарсис, 2002.- 304 с.

12. Методы оптимизаций авиационных конструкций / Н.В.Баничук, В.И. Бирюк, А.П. Сейранян [и др.] – М.: Машиностроение, 1989.

13. Комаров, В.А. Повышение жесткости конструкций топологическими средствами/ В.А. Комаров // Вестник СГАУ. Самара. 2003. №1. - С.24-37.

14. Комаров, В.А. К доказательству теоремы об изменении жесткости конструкций/ В.А. Комаров // Вестник СГАУ. Самара. 2004. №1. - С.49-51.

15. Комаров, В.А. Весовой анализ авиационных конструкций: теоретические основы/ В.А. Комаров // Общероссийский научно-технический журнал «Полет». 2000. №1. - С.31-39.

16. Болдырев, А.В. Оптимизация тонкостенной каркасированной конструкции с ограничениями по прочности и жесткости/ А.В. Болдырев, В.А. Комаров // Вестник СГАУ. Самара. 2006. №1. - С.42-47.