Библиографическое описание:Методика расчета на прочность волноводов для обеспечения улучшенных массогабаритных параметров : научное издание / И. В. Кудрявцев, М. М. Михнёв, П. Н. Сильченко. - Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 2020. - № 5. - С. 50-61. - ISSN 0536-1044, DOI 10.18698/0536-1044-2020-5-50-61.
Аннотация:На основе анализа методов определения напряженно-деформированного состояния (НДС) волноводно-распределительных систем космических аппаратов связи разработана методика расчета, обеспечивающая при проектировании волноводов с улучшенными массогабаритными параметрами требуемые прочностные и жесткостные характеристики на воздействия статических, динамических и деформационных нагрузок. На первом этапе методики предложено моделировать волноводно-распределительные системы в глобальной постановке стержневой конструкцией с эквивалентными условиями нагружения и закрепления и определять НДС такой системы. На втором этапе методики следует выделять локальные области с максимальными значениями НДС для дальнейшего уточненного расчета в стержневой системе. Выполнена оценка влияния толщины стенки волновода на его общее НДС. Показано, что при варьировании толщины стенки волновода в диапазоне 0,25-2,50 мм прочность и жесткость его участков под действием статических силовых нагрузок изменяется практически по линейному закону. Установлено, что при динамическом нагружении толщина стенки практически не оказывает влияния на результирующее НДС волновода, возникающее под действием вынужденных колебаний и квазистатического нагружения вследствие его зависимости от соотношений массы, моментов инерции и сопротивления, которые для некоторых типоразмеров волноводов будут практически постоянными величинами. Полученные для стержневой системы зависимости не позволяют оценить влияние толщины стенок на локальное НДС в виде их прогиба, местной потери устойчивости и т. д. В связи с этим на втором этапе в этой системе выделяются интересующие локальные области, преобразуются в объемные тонкостенные конструкции с трансляцией в программы конечно-элементного анализа для более точного расчета. Предлагаемая методика в перспективе позволит решать связанные задачи о взаимосвязи и влиянии деформаций поперечного сечения в локальных зонах волновода на изменения электромагнитных полей с образованием паразитных волн, что существенно улучшит качество радиотехнических характеристик волноводно-распределительных систем с обеспечением их прочности, жесткости и минимальных массогабаритных параметров.
This paper presents a calculation procedure for designing waveguides with iproved mass-dimensional parameters, which ensures the required strength and stiffness characteristics under static, dynamic and deformational loads. The procedure is based on the analysis of methods for determining the stress-strain state of the waveguide-and-distribution systems of spacecraft. The first stage of the procedure involves modelling the waveguide-and-distribution systems in a general formulation by a rod structure with equivalent loading and fixing conditions and determining the stress-strain state of such a system. At the second stage, local areas with the maximum stress-strain state values are selected for a further refined analysis in the rod system. An evaluation of the influence of the waveguide wall thickness on the general stress-strain state is performed. It is shown that when the waveguide wall thickness varies in the range of 0.25 - 2.50 mm, the strength and stiffness of its sections under static loads basically follow the linear law. It is established that under dynamic loading the wall thickness has almost no effect on the resultant stress-strain state of the waveguide arising under the influence of forced fluctuations and quasi-static loading owing to its dependence on the ratios of mass, moments of inertia and resistance, which for some standard sizes of the waveguides will be almost constant. The equations obtained for the rod system cannot be used for evaluating the influence of the wall thickness on local stress-strain state in the form of wall deflection, local loss of stability, etc. In view of this, at the second stage of modelling local areas of interest are selected and transformed into 3D thin-walled structures, with translation into finite element method programs for a more exact analysis. In the future, the proposed technique can be used to solve connected problems of interrelation and the influence of cross-sectional deformations in local zones of the waveguide on the changes in electromagnetic fields with the formation of parasite waves. This will significantly improve the quality of radio engineering characteristics of the waveguide and distribution systems while ensuring their strength, stiffness and minimal mass-dimensional parameters.
