Анотація: Серед актуальних проблем у ракетно-космічній техніці, а також у сучасному машинобудуванні та в інших галузях, що потребують практичного інженерного вирішення, розглядають прогнозування та запобігання незапланованому руйнуванню силових елементів навантажених конструкцій і споруд. Прогнозування несучої здатності й остаточного ресурсу просторових конструкцій під час тривалої експлуатації в цей час ґрунтується на аналізі напружено-деформованого стану з ввикористанням показань датчиків деформації та датчиків переміщень у найбільш навантажених зонах. У такому разі як критерій гранично допустимого навантаження можна розглядати границю плинності конструкційного матеріалу або границю утоми матеріалу. Разом з тим до характерних видів потенційно небезпечного руйнування належить втрата стійкості стиснених силових елементів, використовуваних у несучих тонкостінних конструкціях. Руйнування в таких випадках відбувається раптово, з відсутністю видимих ознак зміни вихідної геометричної форми. Застосування достовірних методів діагностики та способів прогнозування гранично допустимих навантажень в умовах стиснення дозволить під час міцнісних випробувань не призводити конструкцію до руйнування. У такому разі видається можливим використовувати випробуване складання для інших цілей. У ракетно-космічній техніці для статичних випробувань на міцність використовують дорогі відсіки натурних розмірів. Тому збереження відсіків цілими вирішує важливе завдання економії фінансових витрат на виготовлення матеріальної частини. У цей час ця проблема особливо актуальна під час наземного відпрацювання зразків нової техніки.

Анотація: Міцність реальних твердих тіл істотно залежить від дефектності структури. У реальних матеріалах завжди є велика кількість різних мікродефектів, розвиток яких під дією навантаження призводить до виникнення тріщин та їх збільшення і, як наслідок, локального або повного руйнування. У цій роботі на основі методу сингулярних інтегральних рівнянь подано єдиний підхід до розв’язування задач термопружності для тіл, ослаблених неоднорідностями. Метою роботи є врахування впливу неоднорідностей у матеріалах елементів ракетних конструкцій на їх функціонально-градієнтні властивості, у тому числі на міцність. Вибір методу дослідження міцності та руйнування елементів конструкцій залежить від розміру досліджуваного об’єкта. Мікродослідження пов’язані з неоднорідностями, які формуються у поверхневому шарі на етапі одержання заготовки, у процесі виготовляння елементів конструкції. Урахування дефектності дозволяє адекватно розглядати механізм руйнування об’єктів як процес розвитку тріщин. Досліджуючи граничний стан реальних елементів, ослаблених дефектами, і будуючи на цій основі теорію міцності та руйнування, крім детермінованого потрібно розглядати і ймовірнісно-статистичний підхід. За теплового впливу на елементи конструкцій, у яких спостерігаються рівномірно розсіяні, випадково розподілені дефекти типу тріщин,що не взаємодіють між собою, закони спільного розподілу довжини та кута орієнтації яких відомі, визначено граничне значення теплового потоку для зрівноваженого стану тріщини, що має довжину найслабшої ланки. Вплив неоднорідностей технологічного походження (починаючи із заготовки і закінчуючи готовим виробом), які виникають у поверхневому шарі під час виготовляння елементів конструкцій, на руйнування виробу враховує розроблена модель. Розв’язок сингулярного інтегрального рівняння з ядром Коші дозволяє визначити інтенсивність напружень в околі вершин дефектів типу тріщин і, порівнюючи її з критерієм тріщиностійкості для матеріалу конструктивного елемента, можна визначити його стан. У разі порушення цього критерію дефект «слабка ланка» розвивається у магістральну тріщину. Крім того, одержано критеріальне співвідношення умови зрівноваженого стану дефекту завдовжки 2l залежно від значення контактної температури. Під час охолодження зварного шва у ньому розвиваються гарячі тріщини, які спричиняють брак у зварних елементах конструкцій. Результати моделювання з використанням сингулярних інтегральних рівнянь дають можливість ефективно оцінити вплив сторонніх наповнювачів на втрату функціональних властивостей неоднорідними системами. У свою чергу точне визначення порядку і характеру сингулярності біля вершин гострокутної недосконалості в неоднорідному середовищі, подане в аналітичному вигляді, потрібне для формулювання і запису відповідних критеріальних співвідношень для визначення функціональних властивостей неоднорідних систем.

Анотація: Наведено результати пошукових і експериментальних досліджень конструкції паливного бака з полімерних композиційних матеріалів для роботи у кріогенному середовищі за експлуатаційного тиску 7,5 кгс/см2 . Під час визначення конфігурації безлейнерного композиційного паливного бака основною вимогою було забезпечити його герметичність за умови внутрішнього надлишкового тиску та впливу кріогенної температури. Проаналізовано світовий досвід створення подібних конструкцій і визначено вимоги, які ставлять до конфігурації силових оболонок паливних баків. Перед визначенням кінцевого вигляду конфігурації було проаналізовано типи матеріалів, схеми армування та можливі шляхи забезпечення герметичності, а також проведено попередні випробування на фізико-механічні властивості тонкостінних зразків композиційних матеріалів і трубчастих конструкцій з різними схемами армування. Проведено випробування зразків вуглепластику за різних режимів затвердіння для визначення найефективнішого з погляду міцнісних характеристик, а також випробування на проникність методом мундштука. Випробування дослідного паливного бака показали, що розрахункові значення деформацій і переміщень від експериментальних відрізняються не більше ніж на 10 %. Використовуючи результати вимірювання параметрів під час випробувань на рідкому азоті, отримали емпіричні формули для розрахунку коефіцієнта лінійного теплового розширення пакета матеріалів силової оболонки. Побудовано емпіричні залежності відносних кільцевих деформацій у середньому перерізі силової оболонки залежно від тиску та температури. Випробовування підтвердили правильність прийнятих рішень для забезпечення міцності та герметичності силової оболонки паливного бака під час комплексного впливу внутрішнім надлишковим тиском і кріогенною температурою, у тому числі під час циклічних навантажень. Використовувані матеріали та технології виготовлення корпусу паливного бака забезпечують герметичність силової оболонки за експлуатаційного тиску 7,5 кгс/см2 рідкого азоту та міцність за надлишкового тиску 15 кгс/см2 і дозволяють апробувати перспективний ступінь ракети космічного призначення.

Анотація: На прикладі розрахунку міцності сильфона конкретної конструкції розглянуто один з можливих підходів до числового моделювання напружено-деформованого стану багатошарових сильфонів. Запропонований підхід ґрунтується на використанні осьової симетрії конструкції для переходу від тривимірної розрахункової моделі до двовимірної. Розрахунки виконують у пружно-пластичній постановці з використанням програмного пакета, який реалізує метод скінченних елементів. Як приклад реалізації запропонованого підходу виконано розрахунок статичної міцності та міцності від утомленості тришарового сталевого сильфона витратної магістралі пального ракети космічного призначення «Циклон-4М». Розрахунок статичної міцності сильфона, навантаженого внутрішнім тиском, показав, що напруги в шарах сильфона досягають межі текучості, але при цьому несуча здатність конструкції зберігається. За результатами моделювання зміни напруженодеформованого стану сильфона за один цикл дії повторно-змінного навантаження було визначено амплітуду пластичної деформації в найбільш навантаженій ділянці сильфона, що дозволило оцінити запас його міцності від утомленості в умовах малоциклового навантаження. Перевагою запропонованого підходу до оцінювання міцності багатошарових сильфонів є те, що його реалізація не потребує великих обсягів оперативної пам’яті та витрат часу на виконання розрахунку.

Анотація: Різноманітні включення, підкріплення, порушення суцільності (отвори, пори, тріщини) є чинниками, що зумовлюють неоднорідність структури, і є характерними для елементів конструкцій і споруд різних галузей сучасної техніки, зокрема ракетно-космічної. Вони значно впливають на процеси деформування та призводять до концентрації напруг, що може викликати локальні руйнування або появу недосконалостей форми, що унеможливлює подальшу експлуатацію конструкції. Матеріали, які було використано під час створення конструкцій, також неоднорідні за своєю структурою. Включення можуть моделювати тонкі підкріплювальні елементи, накладки, зварні або клейові з’єднання. Потреба у врахуванні наявності тонких включень виникає також під час дослідження фазових перетворень матеріалів, наприклад під час формування мартенситних структур. Дослідження деформування різноманітних тіл із включеннями має важливе значення у процесах порошкової технології, керамічного виробництва тощо, в яких відбувається спікання за великих температур порошку, який було спресовано під високим тиском. Для багатьох галузей техніки перспективним є використання поверхневого зміцнення, що підвищує працездатність елементів конструкції. Важливим є розроблення дискретного зміцнення, яке здійснюється за допомогою технологічних схем певного виду. Під час моделювання впливу дискретних зміцнень на напружено-деформований стан елементів конструкцій їх також можна розглядати як включення особливої структури. Включення можуть моделювати також смужкуватість феритно-перлітної структури у мікроструктурі, що пов’язана з попереднім складним навантаженням під час пластичного деформування матеріалів. Під час досліджень доцільно використовувати числові методи, які є універсальними та застосовними для об’єктів різної форми, розмірів, а також для різних видів навантаження. До основних числових методів належать методи скінченних різниць, граничних елементів, варіаційно-сітковий, скінченних елементів, локальних варіацій. За допомогою пакета ANSYS проведено комп’ютерне моделювання поведінки елемента конструкції ракетно-космічної техніки – прямокутної пластини з двома протяжними пружними включеннями різної жорсткості, що моделюють пружні неоднорідності конструкцій та матеріалів.