Путевской Виктор (vipernn) wrote,
Путевской Виктор
vipernn

Categories:

Об оптимизации

Самолет не паровоз и требование минимального веса одно из самых серьезных. Естественно, при этом должна обеспечиваться необходимая прочность конструкции. Чтобы обеспечить оба эти требования одновременно проводится процедура оптимизации. Уже на этапе выбора конструктивно-силовой схемы необходимо выбрать оптимальное число и оптимальное размещение шпангоутов, лонжеронов, нервюр и прочих силовых элементов. Далее процедуры оптимизации спускаются на более низкие уровни, вплоть до отдельных агрегатов и деталей. Идеальная конструкция должна иметь коэффициент запаса прочности равный единице или, по крайней мере близкий к нему. Хорошим результатом считается попадание коэффициента запаса в диапазон от 0.97 до 1.03. К сожалению, получить полностью оптимальную конструкцию невозможно. Причины эти вполне объективны.

Во-первых, размеры (толщины, площади) многих элементов конструкции задаются по конструктивным соображениям заведомо большими, чем требуется для обеспечения заданной прочности. Например, какая-нибудь малонагруженная стенка балки может по расчету иметь толщину в 0.1 миллиметра. Естественно, никто такую толщину задавать не будет, тем более, что сортамент толщин листов ограничен. Вот и будет стенка вместо 0.1 иметь толщину в 0.5 миллиметра и пятикратный запас прочности.

Во-вторых, многие узлы и детали оптимизации не подвергаются вовсе. Конструктор на основе заданных нагрузок, собственного опыта, консультаций прочнистов и технологов с учетом стандартов и инструкций разрабатывает конструкцию. Далее проводится поверочный расчет на прочность, если конструкция критериям прочности не удовлетворяет, то её усиляют. А вот на излишнюю прочность внимания, как правило, не обращают. Опять же и в этом случае по конструктивным и/или технологическим причинам невозможно сделать тоньше или задать меньшую прочность. С другой стороны, такой агрегат или деталь можно будет подвергнуть процедуре оптимизации, если выяснится, что конструкция самолета перетяжелена и начнутся мероприятия по снижению веса конструкции.

Но и для элементов оптимизируемых элементов конструкции не все так гладко. Для кронштейнов, фитингов и балок используется топологическая оптимизация. Простыми словами - это удаление из заданного исходного объема лишнего материала. При этом получается конструкция в которой передача усилий производится по кратчайшему пути. Полученная таким методом конструкция очень напоминает природные (растительные) объекты, поэтому такой дизайн иногда называют бионическим. Изготовление такой конструкции в чистом виде задача крайне сложная даже для такого прогрессивного метода изготовления как аддитивные технологии (3D-печать). Оптимальную конструкцию приходится дорабатывать для обеспечения возможности её изготовления доступным методом. А это приводит к появлению лишнего веса. Не все методы изготовления подходят для всех деталей. А в каждом методе есть свои нюансы, объем и массу детали отнюдь не уменьшающие. Вот и получается, что полученная путем оптимизация форма детали в процессе доведения её до стадии изготовления набирает лишний вес.

Еще один метод оптимизации - оптимизация параметрическая. Имеется некая конструкция, определяемая параметрами. Параметрами, например, могут быть толщины стенок, полок, ребер или площадь какого-либо стержня. Путем варьирования значений параметров подбирается их оптимальное сочетание. Проблемы здесь те же. Значения параметров не могут быть произвольными. Для деталей изготавливаемых из листов возможные значения определяются сортаментом. То есть, если оптимальный параметр толщины равен 1.3 миллиметра, а в сортаменте есть толщина 1.2 и 1.5, то в качестве значения параметра будет взято значение 1.5 миллиметра. Для фрезерованных деталей также невозможно обеспечить оптимальные значения. Возможные толщины ограничиваются шагом изменения толщины. Другое ограничение - минимальная толщина, которая гарантированно может быть обеспечена при изготовлении. Кроме того, не надо забывать про радиусы скругления. Вот и получаем увеличение толщин, площадей и, следовательно, веса.

З.Ы. Зато деталь, в которой толщины заданы большими? чем требуется, можно допустить в дальнейшее производство, если при её изготовлении заданная (завышенная) толщина не обеспечена. Запас то по прочности остается.

Tags: авиация, прочность, рабочее
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 5 comments