Использование метода подконструкций для термопрочностного расчета камеры…
3
• область входных коллекторов в сверхзвуковой части сопла и
стык развальцованной оболочки камеры со сверхзвуковой частью
сопла (I–A);
• стык медного и стального участков огневой стенки камеры в
сверхзвуковой части сопла (I–B);
• тракт охлаждения в области критического сечения (I–C);
• стык сопловой охлаждаемой части с насадком радиационного
охлаждения (II–D).
Вопросам термопрочностного расчета аналогичных конструк-
ций посвящено значительное число работ [5–10], однако проблема
по-прежнему остается актуальной в силу усложнения конструкции и
совершенствования вычислительных методов. Уточненный анализ
проводился в среде конечно-элементного программного комплекса
ANSYS [11, 12].
Авторы столкнулись с необходимостью детального прочностного
анализа весьма сложной трехмерной конструкции, для которой пря-
мая конечно-элементная аппроксимация оказалась практически нере-
ализуемой в силу большой размерности задачи и необходимости уче-
та физически нелинейных свойств материалов. Существенную труд-
ность представляла проблема численной реализации циклического
процесса нагружения с учетом трех режимов работы ЖРД в пределах
каждого цикла.
Для преодоления проблемы размерности задачи было решено ис-
пользовать метод подконструкций и провести моделирование кон-
струкции камеры с использованием упрощенной расчетной схемы
осесимметричной конструктивно-анизотропной оболочки [13, 14].
Суть приема заключается в том, что охлаждающие каналы как бы
размазываются по толщине и окружному направлению, что позволяет
представить оболочку как сплошную. Тепловой расчет и расчет
напряженно-деформированного состояния (НДС) оболочки рассмат-
ривались как несвязанные задачи. Жесткость подводящих патрубков
не учитывалась. Коэффициенты анизотропии определяли из условия
эквивалентной жесткости оболочки на растяжение — сжатие и на из-
гиб в радиальном и окружном направлениях.
Известно, что подобное упрощение позволяет достаточно точно
оценить жесткостные характеристики конструкции, но не позволяет
адекватно проанализировать возникающие в конструкции напряже-
ния. Проблема была успешно разрешена с помощью метода подкон-
струкций при использовании следующей расчетной схемы. Каждый
цикл разбивали на два этапа. На первом этапе по упрощенной осе-
симметричной конечно-элементной модели рассчитывали НДС ка-
меры и определяли узловые перемещения по границам подкон-
струкций I и II (см. рис. 1). На втором этапе найденные перемеще-
