Kiểm bền kết cấu thân vỏ khoan chiến đấu trong môi trường ANSYS Workbench

Bài báo trình bày phương pháp xây dựng bài toán kiểm bền kết cấu khoang chiến đấu K2 tên lửa Kh-35E trong môi trường ANSYS Workbench nhằm xác định trường phân bố ứng suất và biến dạng của các thành phần cấu tạo khoang. Kiểm tra khả năng chịu tải của kết cấu bằng thay đổi trọng lượng khối thuốc nổ. Kết quả tính toán làm cơ sở kiểm tra độ bền, độ ổn định khi làm việc của kết cấu. Bên cạnh đó kết quả tính toán còn được sử dụng để xác định khả năng chịu tải của kết cấu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kiểm bền kết cấu thân vỏ khoan chiến đấu trong môi trường ANSYS Workbench Tên lửa & Thiết bị bay KiÓm bÒn kÕt cÊu th©n vá khoang chiÕn ®Êu trong m«i tr­êng ANSYS WORKBENCH TRẦN MẠNH TUÂN, NGUYỄN PHÚ THẮNG, CHU DUY LÀNH Tóm tắt: Bài báo trình bày phương pháp xây dựng bài toán kiểm bền kết cấu khoang chiến đấu K2 tên lửa Kh-35E trong môi trường ANSYS Workbench nhằm xác định trường phân bố ứng suất và biến dạng của các thành phần cấu tạo khoang. Kiểm tra khả năng chịu tải của kết cấu bằng thay đổi trọng lượng khối thuốc nổ. Kết quả tính toán làm cơ sở kiểm tra độ bền, độ ổn định khi làm việc của kết cấu. Bên cạnh đó kết quả tính toán còn được sử dụng để xác định khả năng chịu tải của kết cấu. Từ khóa: Kiểm bền kết cấu, ANSYS Workbench, ANSYS Static Structural, FSI 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Phương pháp truyền thống trong tính toán thiết kế kết cấu thân vỏ thiết bị bay là quy chúng về các phần tử kết cấu chịu lực cơ bản như dầm, vỏ, thanh v.v… Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, phương pháp này có nhiều ưu điểm như tính toán đơn giản, xác định được các điều kiện làm việc cơ bản cho kết cấu, làm cơ sở cho các giai đoạn tính toán thiết kế sau này. Tuy nhiên, trên thực tế, nhằm tiết kiệm khối lượng nhưng vẫn đảm bảo độ bền kết cấu người ta thường chế tạo các chi tiết có hình dạng phức tạp, khác xa so với các dạng phần tử chịu lực cơ bản ở trên. Việc tính toán bằng phương pháp truyền thống trở nên không đáp ứng sát được với nhu cầu. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, phương pháp mô phỏng số được sử dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao. Bài báo trình bày phương pháp sử dụng phần mềm mô phỏng số trong môi trường ANSYS Workbench nhằm kiểm bền kết cấu khoang chiến đấu K2 của tên lửa đối hải Kh- 35E. Trên cơ sở mô hình bài toán tiến hành nghiên cứu khả năng chịu tải của kết cấu khi thay đổi khối lượng thuốc nổ được mang. Các gói phần mềm được sử dụng để mô phỏng là ANSYS CFX và ANSYS Static Structural. 2. KẾT CẤU CHỊU TẢI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI 2.1. Sơ đồ kết cấu khoang chiến đấu Kết cấu chịu lực của khoang chiến đấu có thể chia thành các phần tử chịu lực cơ bản sau đây: -Mặt bích trước gắn với khoang K1 (khoang đầu tự dẫn); -Mặt bích sau gắn sau gắn với khoang K3 (khoang thiết bị); -2 thanh giằng dọc nối 2 mặt bích lại với nhau; -Nắp lưng dạng tấm uốn; -2 gân ngang gắn với 2 thanh giằng dọc để đỡ nắp lưng; -Nắp bụng và gân tăng cứng nắp bụng. 2.1.1. Về vật liệu Các chi tiết đều làm từ hợp Hình 1. Sơ đồ kết cấu các phần tử chịu lực cơ bản kim nhôm AMg-6 có các thuộc của khoang chiến đấu. 10 T. M. Tuân, N.P.Thắng, C.D.Lành “Kiểm bền kết cấu ... ANSYS Workbench.” Nghiên cứu khoa học công nghệ tính cơ bản như sau: -Khối lượng riêng:   2800 (kg / m3 ) ; -Ứng suất tới hạn bền:  B  320 ( MPa ) ; -Ứng suất tới hạn chảy:  T  160 ( MPa) -Mô đun đàn hồi: E  7, 2.1010 ( Pa ) ; -Hệ số Poisson:   0, 32 ; 2.1.2. Về liên kết - Bích trước, bích sau, 2 thanh giằng dọc được hàn chặt với nhau; - 02 gân ngang được gắn với 02 thanh giằng dọc bằng đinh tán; - Nắp lưng được hàn với 02 mặt bích và 02 thanh giằng dọc; - Nắp bụng và gân tăng cứng nắp bụng được tán nóng lại với nhau; - Cụm nắp bụng và gân nắp bụng được gắn với 2 mặt bích và 2 thanh giằng bởi hệ thống đinh vít. 2.2. Các loại tải trọng tác dụng lên khoang chiến đấu Trong khuôn khổ đề tài KCT-10: “Nghiên cứu thiết kế thân cánh và chế thử theo mẫu thân vỏ khoang chiến đấu của Tên lửa Kh-35E”, nhóm tác giả đã nghiên cứu tài liệu và tiến hành tính toán xây dựng biểu đồ nội lực cho các phần tử thân tên lửa trong các trường hợp tính toán khác nhau: Khi sử dụng mặt đất, khi phóng và khi bay. Kết quả cho thấy, khi tên lửa ở cuối giai đoạn phóng khoang chiến đấu K2 có trạng thái chịu tải lớn nhất. Do vậy bài báo lựa chọn trường hợp tính tên lửa ở cuối giai đoạn phóng để mô phỏng tính toán kiểm bền cho khoang chiến đấu K2. Các loại tải trọng tác dụng lên khoang chiến đấu khi đó gồm:  -Tải trọng khí động từ khoang đầu tự dẫn K1 tác dụng lên mặt bích trước Fkđ 1 ;  -Tải trọng khí động tác dụng lên vỏ khoang chiến đấu Fkđ 2 dưới dạng áp suất phân bố; -Tải trọng gây ra do khối lượng (bao gồm trọng lực và lực quán tính) của khoang đầu tự  dẫn tác dụng lên mặt bích trước FSP1 ; -Tải trọng gây ra do khối lượng của bản thân kết cấu khoang chiến đấu  FSP 2 ; -Tải trọng do khối lượng của các thiết bị đặt trong khoang chiến đấu K2  (khối thuốc nổ) FTN tác dụng lên các móc treo Hình 2. Tải trọng tác dụng lên khoang chiến đấu. khối nổ trên các thanh giằng;    -Phản lực liên kết tại mặt bích sau tiếp giáp với khoang thiết bị (khoang K3) M , FN , FQ . Các giá trị hệ số quá tải của tên lửa theo các phương dọc trục và phương ngang ở cuối giai đoạn phóng tương ứng được tính theo các công thức [4]: T  X Y nx  ; ny  ; G G Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 35, 02 - 2015 11  Tên lửa & Thiết bị bay trong đó, T là lực đẩy động cơ ; G là trọng lượng tên lửa; X là lực khí động dọc trục ; Y là lực khí động theo phương ngang. Các thành phần lực gây ra do khối lượng mi theo phương dọc và phương ngang tương ứng sẽ là: Si   nx Gi ; Pi   n y Gi ; Gi = mi*g ; g = 10 (m/s2) là gia tốc rơi tự do. 2.3. Giải bài toán trong ...