Phân tích ổn định ốp che Anten đầu tự dẫn tên lửa từ vật liệu Compozit lớp bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Bài báo trình bày việc phân tích đánh giá độ ổn định của ốp che anten đầu tự dẫn tên lửa từ vật liệu compozit lớp bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Các tải trọng chủ yếu gồm tải khí động và quán tính. Các đặc tính của vật liệu được tính toán trên cơ sở mô hình vật liệu compozit lớp trực hướng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích ổn định ốp che Anten đầu tự dẫn tên lửa từ vật liệu Compozit lớp bằng phương pháp phần tử hữu hạnCơ học & Điều khiển thiết bị bay PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ỐP CHE ANTEN ĐẦU TỰ DẪN TÊN LỬA TỪ VẬT LIỆU COMPOZIT LỚP BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN Vũ Tùng Lâm*, Trần Ngọc Thanh Tóm tắt: Bài báo trình bày việc phân tích đánh giá độ ổn định của ốp che anten đầu tự dẫn tên lửa từ vật liệu compozit lớp bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Các tải trọng chủ yếu gồm tải khí động và quán tính. Các đặc tính của vật liệu được tính toán trên cơ sở mô hình vật liệu compozit lớp trực hướng. Mô hình toán, giải thuật và chương trình tính toán bằng Matlab đã được xây dựng và áp dụng tính toán cho ốp che anten đầu tự dẫn của một loại tên lửa dưới âm.Từ khóa: Phân tích ổn định, Phần tử hữu hạn, Vỏ compozit lớp, Ốp che anten đầu tự dẫn tên lửa. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Các ốp che anten đầu tự dẫn trong tên lửa là những phần tử chịu lực chính bốtrí tại mũi, chúng bảo đảm hình dáng khí động cho tên lửa và bảo vệ các thiết bịbên trong tránh khỏi những tác động bên ngoài. Đối với tên lửa có vận tốc bay thấp(dưới âm) các ốp che anten đầu tự dẫn là các vỏ mỏng từ compozit lớp, đặc điểmkết cấu và tải trọng tác động lên ốp được cho trong hình 1. Hình 1. Kết cấu và tải trọng tác động lên ốp anten đầu tự dẫn tên lửa. Ốp có dạng ô van với các kích thước là chiều cao H, độ rộng D và độ dày thànht được thay đổi theo một quy luật cho trước để đảm bảo các tính chất truyền sóngđiện từ. Các tải trọng chủ yếu tác động lên ốp là tải khí động dưới dạng áp lựcphân bố trên bề mặt chóp pα và tải quán tính đặc trưng bởi cường độ tải trọng quántính tại một điểm nxi, nyi, nzi, liên kết với khoang kề sau của ốp được giả thiết là liênkết ngàm [5], [11]. Trong tính toán thiết kế kết cấu này nhất thiết phải đánh giá được khả năng ổnđịnh. Bài toán ổn định của ốp che anten đầu tự dẫn tên lửa được coi là bài toán ổnđịnh tĩnh của vỏ compozit lớp. Theo các công trình [3], [9], [11], để giải quyết bàitoán này ta tiến hành thiết lập và giải bài toán trị riêng :  K     KG    0 , (1) trong đó : [K], [KG], {ψ}, λ lần lượt là ma trận độ cứng thông thường, ma trậnđộ cứng hình học, véc tơ dạng riêng (dạng mất ổn định) và trị riêng (hệ số ổnđịnh). Giải bài toán trị riêng véc tơ riêng trên xác định được giá trị các hệ số ổn260 V.T. Lâm, Tr.N.Thanh, “Phân tích ổn định ốp che … phần tử hữu hạn.”Nghiên cứu khoa học công nghệđịnh và véc tơ dạng mất ổn định. Điều kiện để kết cấu ổn định là tất cả các hệ sốổn định phải lớn hơn 1 [8]. Bài báo trình bày việc xây dựng mô hình phần tử hữu hạn phân tích ổn địnhcủa vỏ compozit lớp áp dụng cho ốp che anten đầu tự dẫn tên lửa. 2. MÔ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN Một vấn đề quan trọng đặt ra là mô hình phần tử hữu hạn (PTHH) phải có khảnăng mô tả được độ dày thay đổi của vỏ. Chính vì vậy sử dụng phần tử vỏ giảmbậc song tuyến tính [1] cho bài toán phân tích ổn định ốp che an ten là phù hợp.Phần tử có dạng hình học và dạng phần tử hữu hạn như hình 2.    Hình 2. Dạng hình học và phần tử hữu hạn của vỏ. Trong hệ tọa độ tổng quát phần tử có dạng tứ giác, trong hệ tọa độ tự nhiênphần tử có dạng hình vuông với các đỉnh có tọa độ là đơn vị. Hàm dạng được cho như sau: N i  0, 25(1   i )(1   i ); (i  1...4). (2)trong đó ξi, ηi là tọa độ tự nhiên của nút thứ i. Tọa độ của một điểm bất kỳ của vỏ được tính theo công thức:  x  4  xi  1 l3i     i  i  y  N y   hi  m3i , (3) z   z 2 n i 1  i   3i trong đó: xi, yi, zi: tọa độ của nút thứ i; hi: chiều dày vỏ tại nút i;l3i, m3i, n3i : cosinchỉ phương của véc tơ pháp tuyến đơn vị tại nút i. Chuyển vị nút gồm 6 thành phần độc lập: T di   ui vi wi  xi  yi  zi  . (4) Chuyển vị tại điểm bất kỳ trong phần tử được tính theo chuyển vị nút: u  4 ui    1 n3i yi  m3i zi  v    N i vi    hi l3i zi  n3i xi . (5)  w i 1  w  2  m   l    i   3i xi 3i yi  Đối với kết cấu vỏ các thành phần biến dạng được tính trong hệ tọa độ cục bộcủa phần tử có một thành phần biến dạng dọc trục z’ triệt tiêu, véc tơ biến dạngbiểu diễn theo các chuyển vị tại nút như sau:     x  y  x y  y z  z x    B de  , (6)trong đó {de} là véc tơ chuyển vị nút phần tử gồm 24 thành phần; [B] là ma trậntính biến dạng được tính theo tài liệu [1]. Ứng suất trong phần tử được biểu diễn thông qua chuyển vị nút như sau [8]:    C    C  B d e  . (7)Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 261 Cơ học & Điều khiển thiết bị baytrong đó [C] là ma trận vật liệu. Để xác định được ma trận [C], vật liệu compozitđược coi là đồng nhất, dị hướng [4], [7]. Xem xét lớp vật liệu compozit trực hướngthứ k với hệ tọa độ lớp có các trục là 1, 2, 3 trong một phần tử có tọa độ cục bộphần tử Ox’y’z’ (hình ...