Расчет элементов ферменно-стержневой конструкции (144659)

Посмотреть архив целиком

Пермский государственный технический университет

Кафедра МКМК

Группа ПКМ-03










КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Расчетно-пояснительная записка

ШЕН.ПКМ03.00.00.02


Тема: расчет элементов ферменно-стержневой конструкции.

















Студент _______________ Шустова Е.Н.

Руководитель проекта _______________ Аношкин А.Н.



Проект защищен ______________ с оценкой ____________

Члены комиссии _______________ Чекалкин А.А.






Пермь, 2007


Пермский государственный технический университет


Факультет ____________________Аэрокосмический_____________________

Кафедра _____________________ МКМК_______________________________

Дисциплина __________________Строительная механика_________________

Курс_____________ 4__________ Группа_______ПКМ-03 ________________

Студент ______Шустова Е.Н.____Дата_________________________________


ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ


Тема Расчет элементов ферменно-стержневой конструкции_______________


Краткое обоснование и основные цели проекта _____ Проектирование силовой конструкции представляет собой сложный многоступенчатый процесс, своеобразие которого определяется в основном двумя требованиями к конструкции: прочности или механической надежности, минимальной массы. Поиск путей увеличения прочности без увеличения массы или снижения массы без уменьшения прочности и составляют творческое содержание процесса проектирования силовой схемы конструкции ________


Перечень технических расчетов _______ расчет упругих характеристик слоистого композита по заданным характеристикам слоя; расчет сил в элементах фермы; определение критической нагрузки стержня; определение коэффициента запаса прочности. Определение массы; облегчение конструкции_______________________________________________________


Перечень работ, выполняемых на ЭВМ___ расчет упругих характеристик слоистого композита по заданным характеристикам слоя (mathcad)


Список основной литературы______ Балабух Л.И., Алфутов Н.А., Усюкин В.И. «Строительная механика ракет», 1984г; Лизин В.Т., В.А. Пяткин В.А. «Проектирование тонкостенных конструкций», 2003г____________________


Срок представления к защите ___________3.05.2007_____________________



Руководитель __________________ Аношкин А.Н.

Студент __________________ Шустова Е.Н.


Содержание


Введение

Основная часть

  1. Исходные данные

    1. постановка задачи

    2. исходные материалы

    3. физико-механические свойства

    4. геометрические размеры

  2. теоретическая часть

  1. модель конструкции

  2. свойства углепластиков

  1. расчетная часть

  1. расчет упругих характеристик слоистого композита по заданным характеристикам слоя

  2. расчет сил в элементах фермы

  3. определение критической нагрузки стержня

  4. определение коэффициента запаса прочности. Определение массы.

  5. облегчение конструкции

Заключение

Список литературы

Приложения


Введение


Данный курсовой проект содержит основы проектирования ферменно-стержневой конструкции. Работа основана на аналитических методах и поэтому, на первый взгляд, при современных возможностях исследования прочности на основе универсальных методов может показаться несовременной. Между тем основное преимущество аналитических методов исследования состоит в том, что онидают ясное представление о взаимосвязи параметров конструкции с ее несущей способностью, возможностью параметрического анализа и формулировки новых закономерностей. Кроме того (и это главное), современными универсальными пакетами нетрудно рассчитать любую конструкцию, но перед проектантом стоит другая задача: как быстро и грамотно определить параметры конструкции минимальной масс, принять рационально конструкторские решения?

Проектирование силовой конструкции представляет собой сложный многоступенчатыйпроцесс, своеобразие которого оределяется в основном двумя требованиями к конструкции: прочности или механической надежности, минимальной массы. Эти два требования – взаимопротиворечащие, так как, очевидно, проще всего обеспечить механическую надежность, увеличив массу, и , соответсвенно, снизить массу конструкции, уменьшив запасы прочности. Поиск путей увеличения прочности без увеличения массы или снижения массы без уменьшения прочности и составляют творческое содержание процесса проектирования силовой схемы кострукции.[5]


Основная часть



  1. Исходные данные


  1. Постановка задачи


Проверочный расчет на прочность заданной конструкции, определение запасов прочности конструкции в исходном варианте, оценка возможности облегчения конструкции - рациональное проектирование элементов конструкции (стержней), при условии варьирования толщиной (количество слоев), схемой намотки, геометрией поперечного сечения. Форму конструкции и число стержней менять нельзя.


  1. Исходные материалы


    • Углепластик КМУ 4Л

    • Углепластик на основе препрега К


  1. Физико-механические свойства материалов


    • Плотность

Углепластик КМУ 4Л γа = 1,5 г/см3

Углепластик на основе препрега К γb = 1,7 г/см3

  • Модуль упругости при растяжении вдоль волокон

Еа1 = 140 ГПа

Еb1 = 210 ГПа

  • Модуль упругости при растяжении поперек волокон

Еа2 = 8 ГПа

Еb2 = 8 ГПа

  • Модуль сдвига в плоскости

G12 = 4 ГПа

  • Коэффициент Пуассона

ν12 = 0,25

  • Сила тяги

F1 = 10787 Н

  • Сила, возникающая от смещения вектора тяги

F2 = 0,1 F1 = 1078 Н


  1. Геометрические размеры


  • Высота конструкции

h= 700мм

  • Диаметр шпангоутов

D1 = 700мм

D2 = 400мм

  • Сечение стержня прямоугольное

a = 0,20мм

b = 0,36мм

  • Схема армирования

+80/0/0/0/0/-80

  • Толщина слоя:

δа = 0,18мм

δb = 0.2мм

  1. Теоретическая часть


Модель конструкции





Данная конструкция состоит из двух кольцевых шпангоутов и симметрично расположенных стержневых элементов фермы. Стержни в узлах соединены шарнирами. Нагрузка приложена в центре меньшего шпангоута и распределена по шести точкам соединения стержней.

Стержень фермы представляет собой слоистый композиционный материал, армированный прямыми волокнами. Верхний и нижний слои – это углепластик КМУ–4Л (наполнитель Лу-П-0,1; связующее ЭНФБ). Средние слои – это углепластик на основе препрега К (наполнитель Кулон-П; связующее ЭНФБ). Верхний слой намотан под углом плюс 800 по направлению к нагрузке, далее четыре слоя - под углом 00, и последний слой намотан под углом минус 800.

Требования предъявляемые к исходным материалам:

  • низкая плотность

  • высокая удельная прочность

  • высокая удельная жесткость


По сочетанию прочности и модуля упругости армированные ПКМ с однонаправленной ориентацией волокон существенно превосходят все современные металлические конструкционные материалы. Эти преимущества оказываются тем более значительными, если принять во внимание низкую плотность ПКМ (1300.2000 кг/м3). Основной особенностью армированных пластиков является ярко выраженная анизотропия их механических свойств, определяемая ориентацией волокон в матрице в одном или нескольких направлениях. Выбор ориентации обусловливается распределением напряжений в элементах конструкций. Это дает возможность оптимизировать структуру материала по весовым характеристикам, что позволяет создавать конструкции с минимизированной материалоемкостью [4].


Углеродные волокна нашли широкое применение в конструкциях, которые должны иметь ограниченный вес. Среди всех армированных пластмасс углепластики обладают наиболее высокими стойкостью к усталостным испытаниям и долговечностью. Углепластики плохо пропускают рентгеновские лучи. Они имеют очень низкий коэффициент линейного расширения и оказываются наиболее подходящими для конструирования космических аппаратов, подвергающихся значительным перепадам температур между солнечной и теневой сторонами[8].


Слоистая структура армированных пластиков дает возможность в широком диапазоне варьировать механические свойства этих материалов.

  1. Расчетная часть


    1. расчет упругих характеристик слоистого композита (стержня) по заданным упругим характеристикам слоя.


Закон Гука устанавливает функциональную зависимость между напряжениями и деформациями. Напряжения и деформации являются физическими величинами, которые можно классифицировать как тензоры второго ранга.


, (1.1)

где σij – тензор напряжений

Cijmn – тензор упругости


Случайные файлы

Файл
9644-1.rtf
90728.rtf
65840.doc
94925.rtf
145488.doc




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.