Проектировочный и проверочный расчеты на прочность

При создании любого инженерного устройства и ЛА, в частности, приходится иметь дело с двумя видами расчетов: проектировочным и проверочным. Цель проектировочного расчета — определение основных размеров конструкции по се заданным габаритным размерам и внешним нагрузкам. В результате проектировочного расчета получают расчетные размеры, которые затем необходимо скорректировать в соответствий с ГОСТ, отраслевыми нормалями или стандартами. Важно отметить, что перед проектировочным расчетом известна только общая конфигурация и габаритные размеры конструкции, полученные на этапе синтеза ЛА. При проверочном расчете, напротив, используется полностью готовая конструкция, имеющая конкретный облик, а размеры всех ее конструктивных элементов уже известны.

Цель проверочного расчета — оценка степени массового и конструктивного совершенства готовой конструкции. На этой стадии определяются коэффициенты запаса прочности и устойчивости, которые служат количественными показателями степени совершенства конструкции. И если на этапе проектировочного расчета для определения размеров конструкции широко применяются различные нормативные документы, инженерные методы и методики расчета, основанные на предшествующем опыте проектирования, то проверочный расчет ориентирован на самые современные и точные методы, используемые в науке о прочности.

На этапе проектировочного расчета на прочность известна конструктивно-компоновочная схема конструкции, но размеры ее составных частей неизвестны или требуют дальнейшего уточнения в процессе итераций, поэтому расчет размеров этих элементов выполняется в следующем порядке:

• 1. Анализируются условия эксплуатации конструкции и выбираются методы расчета нагрузок, а если это необходимо, то и методы расчета ее нагрева.
• 2. Выбираются расчетные случаи и определяются нагрузки, действующие на конструкцию в этих расчетных случаях.
• 3. Анализируется характер нагружения конструкции, выбираются или уточняются конструкционные материалы для ее частей.
• 4. Нормируются внешние нагрузки путем умножения их на коэффициенты безопасности.
• 5. Составляется расчетная схема, т.с. идеализированный вариант конструкции, путем отбрасывания несущественных факторов и разделения сложной задачи на более простые.

Цель создания расчетной схемы — построение такой модели конструкции, для определения напряженно-деформированного состояния которой можно было бы воспользоваться известными и хорошо апробированными методами расчета, допускающими многократное повторение при различных исходных данных. Составление расчетной схемы можно представить в виде следующей последовательности шагов:

• а) расчленение задачи на более мелкие и простые;
• б) упрощение нагрузки (пренебрежение отдельными ее видами, приведение различных нагрузок к эквивалентной, упрощение характера распределения нагрузки, замена распределенной нагрузки сосредоточенной и т. п.);
• в) упрощение геометрической формы конструкции сведением ее к брусу, балке, пластине, оболочке или их комбинации;
• г) идеализация свойств материала (изотропность, независимость свойств от температуры и т. п.).
• 6. По известным нагрузкам определяются размеры конструкции. В сложных случаях внутри расчета на прочность организуются дополнительные итерации, когда сначала задаются размеры и конфигурация конструкции, а затем определяется поле напряжений, которое сопоставляется с допускаемыми напряжениями. Поле напряжений с помощью теорий прочности сводится к одномерному напряженному состоянию, которое характеризуется эквивалентными напряжениями.
• 7. Полученные размеры конструктивных элементов округляются до стандартных ближайших размеров толщин листа, размеров профиля, рекомендуемых типовых размеров и т. п.

В проверочном расчете на прочность, напротив, конструкция полностью спроектирована, вплоть до мельчайших деталей, известны вес сс размеры, выбранные в соответствии с требованиями нормалей и стандартов. Основные этапы расчета несколько отличаются от приведенных выше и сводятся к следующему:

• 1) выбору расчетных случаев;
• 2) составлению расчетной схемы проверяемой конструкции;
• 3) нормированию внешних нагрузок с помощью коэффициентов безопасности;
• 4) расчету поля напряжений в конструкции;
• 5) расчету коэффициентов запаса прочности и устойчивости. В сложных случаях эти коэффициенты определяются экспериментальным путем.

Из рассмотрения этапов проверочного и проектировочного расчетов хорошо видна важность достоверного определения внешних нагрузок, действующих на конструкцию. Рассмотрим теперь более подробно вопрос о нормировании внешних нагрузок с помощью коэффициента безопасности и выбора расчетных случаев.