Введение 4
Глава 1. Анализ состояния вопросов. Цель и задачи исследования 11
Анализ конструкторско-технологических решений фасонных
элементов трубопроводов топливных систем авиационной промышленности и нефтепроводов 11
Анализ технологических решений в производстве композитных
тройников 22
Анализ существующих подходов к проектированию конструкции
и технологии изготовления изделий из композитов 29
Цель и задачи исследования 37
Глава 2. Разработка методик для конструирования и расчета фасонных элементов трубопроводов из КМ 39
Модели приближенного расчета конструктивно-технологических
параметров фасонных элементов трубопроводов 39
Использование метода конечных элементов для проектного
расчета многослойных конструкций из КМ 42
Конструкторско-технологическое проектирование тройников,
изготовленных склеиванием стеклопластиковых труб 68
Глава 3. Модели совмещенного конструкторско-технологического проектирования тройника из КМ. Разработка и построение морфологических блоков и баз данных 72
Алгоритм и этапы синтеза конструкторско-технологических
решений фасонных элементов трубопроводов из ПКМ 72
Выбор предпочтительных вариантов с использованием функций
полезности и платы за полезность 83
Разработка и построение морфологических блоков и баз данных
конструкции фасонных элементов трубопроводов из ПКМ 87
Разработка и построение морфологических блоков и баз данных
технологии изготовления фасонных элементов трубопроводов из ПКМ 100
Создание укрупненного техпроцесса 112
Создание конструкторско-технологической документации для
синтезированных вариантов 115
Глава 4. Практическое применение разработанных моделей конструкторско-технологического проектирования криогенного и нефтепромыслового тройников 119
Анализ технического задания на разработку криогенного
тройника 119
Совмещенное конструкторско-технологическое проектирование
криогенного тройника 122
Выбор конструктивно-технологических параметров силовой
оболочки криогенного тройника 128
Анализ технического задания на разработку нефтепромысловых
тройников магистральных трубопроводов 130
Совмещенное конструкторско-технологическое проектирование
нефтепромыслового тройника поддержки пластового давления 132
Выбор конструктивно-технологических параметров силовой
оболочки нефтепромыслового тройника 136
Заключение и общие выводы по диссертационной работе 141
Список литературы 142
Применение композиционных материалов (КМ) определяется необходимостью повышения эффективности разрабатываемых конструкций. В свою очередь КМ открывают возможности для реализации принципиально новых конструкторских решений и технологических процессов. Эффективная реализация достоинств этих материалов в конструкциях требует решения комплекса задач, связанных с конструированием изделия, выбором материалов, с определением рациональной структуры материала, соответствующей полю механических, тепловых, химических и других воздействий, с учетом существующих технологических ограничений.
На рис. 1.1 представлена круговая диаграмма потребления полимерных композиционных материалов (ПКМ) в наиболее развитых государствах мира в различных отраслях народного хозяйства. Как следует из рис. 1.1, наибольшее применение ПКМ в настоящее время находят в нефтегазодобывающей промышленности, в авиаракетостроении и в космических программах.
Для снижения массы конструкции необходимо широкое применение новых материалов (в первую очередь ПКМ) и использование методов оптимального проектирования. Композиционные материалы используются
в производстве транспортных (АН-28, АН-72, "Руслан”), пассажирских (ИЛ-86, ИЛ-96-300, ИЛ-114, ТУ-204, ТУ-334), спортивных (СУ-26М, СУ-29), военных (СУ-27, С-37, изд. 70) самолетов.
Некоторые элементы конструкций космических аппаратов станций изготавливают из композитов. К ним относятся высокопрочные штанги ферм, панели солнечных батарей, сосуды давления, "сухие" отсеки, рефлекторы и т.п. Для космической станции "Альфа", созданной в соответствии с российско-американской программой, многие конструкции изготавливались из композиционных материалов.
Особое место занимают КМ в космических программах XXI века. В рамках разработки демонстратора Х-34 (прототип космического челнока нового поколения) создаётся экспериментальный бак жидкого кислорода и крыло из КМ. По данным печати [1] планируется создание двух баков из КМ: первый для стендовых, второй для лётных испытаний. В ГКНПЦ им. Хруничева в план экспериментальных работ включено создание криогенного топливного бака из КМ для 1 ступени универсального разгонного модуля (УРМ) ракет системы “Ангара”.
...
Совокупность разработанных в диссертационной работе моделей конструкторско-технологического проектирования фасонных элементов трубопроводов из КМ, а также практические результаты внедрения позволяют сделать общие выводы по работе, которые изложены ниже.
1. В представленной диссертации решена важная задача, направленная на сокращение сроков конструкторско-технологического проектирования и повышение качества фасонных элементов трубопроводов топливных систем аэрокосмической техники и нефтепроводов.
2. Рассмотрены различные технологии изготовления фасонных элементов трубопроводов из ПКМ. Варианты технологии учтены при формировании морфоклассов технологии и синтезе конструкторско- технологических решений.
3. Исследована возможность использования существующих систем автоматизированного проектирования для автоматизации выпуска КД для синтезированных вариантов.
4. Реализован метод расчета фасонных элементов из КМ, основанный на МКЭ с использованием программы MSC/Nastran. Проведен анализ результатов расчетов и сравнение с результатами экспериментальных исследований.
5. Разработаны структура и состав морфологических блоков и баз данных конструкции и технологии фасонных элементов трубопроводов из ПКМ, на основе декомпозиции изделия, как по элементам конструкции, так и по элементам технологии их изготовления.
6. Использованы математические методы морфологического анализа и синтеза, позволяющие осуществлять генерацию вариантов без перебора синтезируемых элементов, уменьшать пространство допустимых решений посредством отсеивания заведомо непригодных вариантов по конструкторским и технологическим ограничениям, качественного и количественного характера, а также по физической несовместимости элементов синтеза между собой.
