Về một phương pháp xây dựng mô hình thuật toán phương pháp phần tử hữu hạn tính toán ứng suấtbiến dạng thân vỏ tên lửa đối hạm Kh-35E

Bài báo sử dụng lý thuyết tấm mỏng, phương pháp phần tử hữu hạn để nghiên cứu phát triển và xây dựng thuật toán xác định trường ứng suất - biến dạng của thân vỏ tên lửa đối hạm Kh-35E. Nghiên cứu thiết lập mô hình bài toán đối với thân vỏ tên lửa được rời rạc hóa bằng các phần tử tấm phẳng dạng tam giác liên tục chịu tải trọng khí động, xây dựng thuật toán đối với phần tử tam giác 3 nút, phân tích lựa chọn hàm xấp xỉ chuyển vị.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Về một phương pháp xây dựng mô hình thuật toán phương pháp phần tử hữu hạn tính toán ứng suấtbiến dạng thân vỏ tên lửa đối hạm Kh-35E Tên lửa & Thiết bị bay VỀ MỘT PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MÔ HÌNH THUẬT TOÁN PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT- BIẾN DẠNG THÂN VỎ TÊN LỬA ĐỐI HẠM KH-35E Nguyễn Thanh Bình1*, Nguyễn Minh Tuấn2, Phan Tương Lai2 Tóm tắt: Bài báo sử dụng lý thuyết tấm mỏng, phương pháp phần tử hữu hạn để nghiên cứu phát triển và xây dựng thuật toán xác định trường ứng suất - biến dạng của thân vỏ tên lửa đối hạm Kh-35E. Nghiên cứu thiết lập mô hình bài toán đối với thân vỏ tên lửa được rời rạc hóa bằng các phần tử tấm phẳng dạng tam giác liên tục chịu tải trọng khí động, xây dựng thuật toán đối với phần tử tam giác 3 nút, phân tích lựa chọn hàm xấp xỉ chuyển vị, xây dựng các biểu thức biểu diễn các quan hệ chuyển vị, quan hệ biến dạng, quan hệ ứng suất theo chuyển vị và dựa vào phiến hàm thế năng toàn phần tối thiểu, xác định ma trận độ cứng phần tử, từ đó thiết lập trạng thái ứng suất tại tâm phần tử. Từ khóa: Tên lửa đối hạm, Phương pháp phần tử hữu hạn, Lý thuyết tấm và vỏ. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Kết cấu thân cánh tên lửa là một hệ thống thống nhất vừa tạo lực nâng vừa chịu tương tác với môi trường khí quyển khi bay và làm việc trong điều kiện hết sức phức tạp và ngặt nghèo. Tính toán độ bền kết cấu thân cánh là một trong những nhiệm vụ quan trọng hàng đầu trong quá trình thiết kế, chế tạo, thử nghiệm tên lửa nói chung và tên lửa hành trình đối hạm nói riêng. Việc nghiên cứu riêng lẻ từng quá trình bằng sự ứng dụng sự phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin và các mô hình toán - lý có thể khảo sát kỹ càng các mô hình đối tượng có hình dạng phức tạp kết hợp với ảnh hưởng đồng thời của rất nhiều yếu tố bằng phương pháp tính toán, mô phỏng số trên máy tính. Khi ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn, bề mặt cong liên tục của thân tên lửa được tập hợp bởi các phần tử tấm tam giác nhỏ, dẫn đến giải bài toán ứng suất phẳng và uốn đối với thân tên lửa. Xấp xỉ bề mặt thân và cánh tên lửa Kh35-E trong quá trình bay hành trình và tăng tốc trong giai đoạn cuối bằng các phần tử tấm phẳng dạng tam giác được chỉ ra trên hình 1. , Khung thân Khung thân Phân tu tam giác y* z* y* y 2 y z 2 x x 3 3 w1 w 1 x* x* * * w w a) b) Hình 1. Xấp xỉ bề mặt thân và cánh tên lửa Kh35-E bằng tổ hợp phần tử tấm phẳng dạng tam giác. 2. XÂY DỰNG THUẬT TOÁN PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN XÁC ĐỊNH TRƯỜNG ỨNG SUẤT-BIẾN DẠNG THÂN TÊN LỬA KH35-E Các giả thiết: - Chiều dày thân là hằng số và được coi như là vỏ mỏng. - Vỏ bọc của thân tên lửa được gắn chặt với khung thân ghép nối các khoang và thanh dọc tăng cường của thân tên lửa. 26 N.T. Bình, N.M. Tuấn, P.T. Lai, “Về một phương pháp xây dựng mô hình… KH35-E.” Nghiên cứu khoa học công nghệ - Bỏ qua ứng suất theo hướng z, tức là z = 0 - Không xét đến lực cắt, tức là xy = yz =0 Với những giả thiết trên, mỗi phần tử hữu hạn trong kết cấu vỏ chịu các thành phần tải trọng tác dụng độc lập: lực màng và lực vuông góc với mặt phẳng vỏ. Xét một phần tử điển hình trong kết cấu, mỗi nút phần tử chịu hai chuyển vị màng u và v, độ võng w, góc xoay x , y , góc xoắn z trong mặt phẳng. Lực tác dụng lên phần tử điển hình bao gồm hai lực màng Fx , Fy , hai mômen uốn Tx , Ty , lực pháp tuyến Fz , mômen xoắn Tz tương ứng với góc xoay z . Nhận thấy rằng, góc xoắn trong mặt phẳng z là rất nhỏ và có thể bỏ qua, đồng thời không ảnh hưởng đến các số hạng khác trong ma trận độ cứng phần tử. Toàn bộ chuyển vị và tải trọng tại nút 1 có thể được viết dưới dạng véctơ sau đây, [7]: T T 1  1m  1u   z1  u1 v1  x1  y1  z1 T (1) T và F1  F 1 m  F  1 u Tz1   F x1 Fy1 Fz1 Tx1 Ty1 Tz1 Trong đó, các chỉ số trên m và u ký hiệu trạng thái màng và trạng thái uốn tương ứng. Xác định các ma trận độ cứng phần tử và các phương trình cơ bản giải bài toán tính trường ứng suất - biến dạng thân tên lửa được xấp xỉ bằng tập hợp các phần tử phẳng tam giác được trình bày dưới đây. 2.1. Xác định ma trận độ cứng phần tử tam giác đối với trạng thái màng 1. Chọn hàm chuyển vị [f(x,y)] và xác định véctơ chuyển vị  (mx, y )  tại điểm bất kỳ trong u   ...