О.В. Федяев, В.И. Халиулин,
(КГТУ им. А.Н.Туполева, г. Казань)
В большинстве исследований, посвященных проектированию и технологии производства складчатых конструкций, рассматриваются, в основном, рядовые структуры. Эти структуры характеризуются расположением типовых фрагментов (элементарных модулей) рядами в направлении одной из координат. Поскольку элементарные модули (ЭМ) этих структур имеют осевую симметрию максимум второй степени, то блоки из таких структур имеют разные механические свойства в двух ортогональных направлениях. Конструкции, созданные на базе рядовых структур, можно считать ортотропными. Еще одной геометрической особенностью, вытекающей из ортотропии, является возможность создания структур с цилиндрической огибающей поверхностью. На двойную кривизну рядовые структуры не укладываются, если они спроектированы не в полярной системе координат.
В то же время в технике встречается достаточное количество узлов и агрегатов в виде оболочек двойной кривизны с легким заполнителем. Требования к механическим свойствам таких оболочек во всех направлениях могут быть приблизительно одинаковыми.
Для создания заполнителя для таких оболочечных конструкций была поставлена задача синтеза структур, имеющих одинаковые свойства минимум в двух направлениях. Как следствие, такие структуры имеют возможность прилегать к поверхностям двойной кривизны.
В настоящей работе проведены исследования в области разработки структур с трех и шестью степенями осевой симметрии элементарных модулей. Эти структуры имеют одинаковые свойства в трех направлениях. В силу того, что их ЭМ имеет геометрический центр (полюс), вокруг которого строятся все остальные структурные элементы, это семейство складчатых структур названо полюсными гексагональными структурами (ПГС).
Исследования проводились с помощью трехмерного моделирования ПГС на ПЭВМ. При этом ставились задачи не только синтеза таких структур, но и изучения закономерностей трансформирования. Рассматривалась также задача систематизации полюсных структур и оценка возможности применимости к ним приемов модификации, которые успешно используются для всех видов рядовых структур.
Результатом исследования явилась классификация ПГС «первого приближения». В соответствии с ней существует всего три базовые полюсные гексагональные структуры. Они отличаются типом структурных композиций граней, которые, собственно, и позволяют структурам складываться. Эти композиции названы компенсаторами. Компенсаторы первой базовой ПГС похожи на ЭМ Z-гофра, второй ПГС - на ЭМ Z-гофра, третий не имеет аналогий. Характерным для третьей базовой ПГС является вращение компенсатора вокруг вертикальной оси при трансформировании.
Все три базовые структуры могут быть подвержены модифицированию. В настоящий момент исследованы только два вида модифицирования: «глобальное» и «локальное». Однако этого оказалось достаточным, чтобы на основе трех базовых структур синтезировать более 40 конфигураций, которые существенно отличаются друг от друга. Общим для них остается трех- и шестистепенная осевая симметрия и, значит, гексагональная изотропия. В огибающих поверхностях эти структуры имеют площадки в виде правильных трех- и шестиугольников.
Синтезированы структуры, у которых размеры площадок не связаны с высотой блока. Это важное свойство позволяет проектировать заполнители сэндвич-панелей с заданной густотой рельефа.
Исследование свойств трансформирования ПГС показало, что базовые структуры являются складчатыми в чистом виде, т.е. сохраняют целостность при изменении рельефа от плоской заготовки до полностью сложенной конструкции.
Большинство модифицированных ПГС являются квазискладчатыми. Они могут существовать лишь в двух состояниях: плоской заготовки и окончательно 1зложенного блока.
На настоящем этапе определяется область практического применения ПГС и отрабатывается принципиальная технологическая схема их изготовления из композиционных материалов.
|
