Mathematical simulation for strain-stress state of optical telescope stable-size composite elements with finite-element method


Cite item

Full Text

Abstract

Designing issues of optical telescope stable-size composite elements have been considered. Staging of design calculation for composite structural elements has been described. Basic relations of composite material micromechanics have been represented. Specifics of mathematical simulation taking into account assumptions made have been described by example of developed framework of electro-optical system with one-side enforcement by ribs. Results of experimental determination of carbon-filled plastic characteristics used in design of stable-size optical telescope frame structure have been represented; advantages of finite-element method as one of the basic methods for solving the boundary value problem in applied mechanics have been reflected. Reasonableness of analytical approach using in the initial development stage in order to shorten the period of design has been demonstrated. The leading part of finite-element simulation has been determined in behavior prognostication of structures at different operating stages. Stable-size supporting composite frameworks developed taking into account defined sequence of structural design have been showed. Described staging of structure making has been allowed to process and systematize data during design and experimental execution, refine structural model parameters, increase the confidence level and verify it.

About the authors

Vladimir E Bitkin

LLC SKTB Plastic

Email: gksi@sktb-plastik.ru
First Deputy General Director - General Designer for measuring systems 4, Saratovskoe shosse, Syzran, Samara region, 446025, Russian Federation

Olga G Zhidkova

LLC SKTB Plastic

Email: opriokr-prg@sktb-plastik.ru
Deputy General Designer for Scientific Research 4, Saratovskoe shosse, Syzran, Samara region, 446025, Russian Federation

Alexander V Denisov

LLC SKTB Plastic

Email: opriokr@sktb-plastik.ru
Head of Department 4, Saratovskoe shosse, Syzran, Samara region, 446025, Russian Federation

Andrey V Borodavin

LLC SKTB Plastic

Email: opriokr-zn3@sktb-plastik.ru
Deputy Head of Department 4, Saratovskoe shosse, Syzran, Samara region, 446025, Russian Federation

Diana V Mityushkina

LLC SKTB Plastic

Email: opriokr-prg@sktb-plastik.ru
Senior Engineer 4, Saratovskoe shosse, Syzran, Samara region, 446025, Russian Federation

Alexander V Rodionov

LLC SKTB Plastic

Email: grpl@sktb-plastik.ru
Project Manager 4, Saratovskoe shosse, Syzran, Samara region, 446025, Russian Federation

Alexander S Nonin

JSC SRC Progress

Email: 1104@samspace.ru
Deputy Head of Department - Division Head 18, Zemetsa str., Samara, 443009, Russian Federation

References

  1. Chung D. D.L. Carbon Fiber Composites. Boston: Butterworth-Heinemann, 1994. x+215 pp. doi: 10.1016/c2009-0-26078-8.
  2. Edie D. D., Diefendorf R. J. Carbon Fiber Manufacturing / Carbon-Carbon Materials and Composites; eds. John D. Buckley, Dan D. Edie. Park Ridge, New Jersey: Noyes Publications, 1993. pp. 19-39. doi: 10.1016/b978-0-8155-1324-7.50007-x.
  3. Fitzer E., Manocha L. M. Carbon Reinforcements and Carbon/Carbon Composites. Berlin: Springer, 1998. xii+344 pp. doi: 10.1007/978-3-642-58745-0.
  4. Sairajan K. K., Nair P. S. Design of low mass dimensionally stable composite base structure for a spacecraft // Composites Part B: Engineering, 2011. vol. 42, no. 2. pp. 280-288. doi: 10.1016/j.compositesb.2010.11.003.
  5. Le Riche R., Gaudin J. Design of dimensionally stable composites by evolutionary optimization // Composite Structures, 1998. vol. 41, no. 2. pp. 97-111. doi: 10.1016/S0263-8223(98)-00009-9.
  6. Молодцов Г. А., Биткин В. Е., Симонов В. Ф., Урмансов Ф. Ф. Формостабильные и интеллектуальные конструкции из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 2000. 352 с.
  7. Aydin L., Aydin O., Artem H. S., Mert A. Design of dimensionally stable composites using efficient global optimization method // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications, 2016, 1464420716664921. doi: 10.1177/1464420716664921.
  8. Datashvili L. Multifunctional and dimensionally stable flexible fibre composites for space applications // Acta Astronautica, 2010. vol. 66, no. 7-8. pp. 1081-1086. doi: 10.1016/j.actaastro.2009.09.026.
  9. Климакова Л. А., Половый А. О., Зельнев В. Н. Формостабильность крупногабаритной углепластиковой антенной платформы КА с конструктивно-жесткостной несимметрией // Механика композиционных материалов и конструкций, 2011. Т. 17, № 2. С. 245-254.
  10. Безмозгий И. М., Софинский А. Н., Чернягин А. Г. Моделирование в задачах вибропрочности конструкций ракетно-космической техники // Космическая техника и технологии, 2014. № 3. С. 71-80.
  11. Биткина Е. В., Денисов А. В., Биткин В. Е. Конструктивно-технологические методы создания размеростабильных космических композитных конструкций интегрального типа // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2012. Т. 14, № 4(2). С. 555-560.
  12. Биткин В. Е., Денисов А. В., Денисова M. A., Жидкова О. Г., Назаров Е. В., Рогальская О. И., Мелентьев А. В., Мизинова И. А. Апробирование технологического комплекса изготовления силовых и высокоточных размеростабильных элементов конструкций интегрального типа из волокнистых композиционных материалов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2014. Т. 16, № 1(5). С. 1320-1327.
  13. MSC Nastran 2016 Quick Reference Guide, 2016, Retrieved September 28, 2016, from https://simcompanion.mscsoftware.com/infocenter/index?page=content&id=DOC10961&actp=LIST.
  14. Васильев В. В., Добряков A. A. , Дудченко A. A. и др. Основы проектирования и изготовления конструкций летательных аппаратов из композиционных материалов. М.: МАИ, 1985. 218 с.
  15. Васильев В. В. Механика конструкций из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1988. 272 с.
  16. Гардымов Г. П., Мешков Е. В., Пчелинцев А. В., Лашманов Г. П., Афанасьев Ю. А. Композиционные материалы в ракетно-космическом аппаратостроении / ред. д-р техн. наук, проф. Г. П. Гардымов, д-р техн. наук, проф. Е. В. Мешков. СПб.: СпецЛит, 1999. 271 с.
  17. Комков М. А., Тарасов В. А. Технология намотки композитных конструкций ракет и средств поражения. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011. 431 с.
  18. Воробей В. В., Войтков Н. И. Некоторые прикладные задачи механики размеростабильных конструкций из композитов // Механика композитных материалов, 1990. № 2. С. 292-298.
  19. Zienkiewicz O. C., Taylor R. L., Zhu J. Z. The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals. Amsterdam: Elsevier, 2013. 714 pp. doi: 10.1016/B978-1-85617-633-0.00019-8.
  20. Якупов Н. М., Киямов Х. Г., Якупов С. Н., Киямов И. Х. Моделирование элементов конструкций сложной геометрии трехмерными конечными элементами // Механика композиционных материалов и конструкций, 2011. Т. 17, № 1. С. 145-154.
  21. Аронов А. М., Данилов В. А., Никифоров В. О., Савицкий А. М., Сокольский М. Н. Оптико-электронные системы для дистанционного зондирования Земли: Слайды к докладу (23 января 2007 г., Санкт-Петербург), 2007, http://lomo-tech.ru/photos/lomo_kosm_otkr.pdf.
  22. Шимкович Д. Г. Расчет конструкций в MSC/NASTRAN for Windows. М.: ДМК Пресс, 2003. 448 с.
  23. Чигарев А. В., Кравчук А. С., Смалюк А. Ф. ANSYS для инженеров. М.: Машиностроение, 2004. 510 с.
  24. Иванов С. Е. Интеллектуальные программные комплексы для технической и технологической подготовки производства: Часть 5. Системы инженерного расчета и анализа деталей и сборочных единиц / ред. Д. Д. Куликов. СПб.: СПбГУ, ИТМО, 2011. 48 с.
  25. Басов К. А. ANSYS: справочник пользователя. М.: ДМК Пресс, 2005. 640 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2016 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).