МЕТОДИКА ОПТИМИЗАЦИИ ТОНКОСТЕННЫХ ОБОЛОЧЕК, НАГРУЖЕННЫХ ВНЕШНИМ ДАВЛЕНИЕМ

Автор: Тимофей Владимирович Виноградов

Соавторы: Пьянков К.С., Виноградов Т.В.

Организация: ФАУ «ЦИАМ им. П.И. Баранова»

Исследование посвящено анализу устойчивости и несущей способности тонкостенных оболочек, работающих в условиях внешнего давления , что актуально для вакуумных барокамер, применяемых в аэрокосмической, судостроительной и электронной промышленности. Главная сложность проектирования таких конструкций заключается в высокой склонности оболочек к потере устойчивости (см. Рис.) при сравнительно низких нагрузках. Это требует разработки методов, позволяющих обеспечить необходимую прочность при минимальной материалоёмкости.

Подкрепленная оболочка моделировалась в виде осесимметричной трубы с периодическим подкреплением кольцевыми шпангоутами. Для оценки устойчивости применялся метод конечных элементов (МКЭ) в линейной постановке, с учётом глобальных и локальных форм потери устойчивости. На внешнюю поверхность оболочки накладывалось постоянное давление.

Критериями оптимизации выступали коэффициент устойчивости и погонная масса конструкции. Оптимизационная задача формулировалась с введением эквивалентной относительной толщины оболочки, включающей вклад от размеров шпангоутов. Для нахождения рациональных параметров (L – шаг шпангоутов, h = H/L – относительная высота шпангоута, m = M/L – относительная ширина полки шпангоута) применялись прямые алгоритмы оптимизации и суррогатные модели, позволяющие сократить вычислительные затраты.

Результаты представлены в виде обобщённых зависимостей и изоповерхностей предельной нагрузки, что обеспечивает практическую применимость методики на ранних этапах проектирования. Разработанный подход позволяет повысить надёжность конструкции и снизить её массу, что особенно важно для авиационной и космической технике. Перспективы дальнейших исследований связаны с расширением классов оболочек и видов нагружения.