Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: МДМ
Направление НПИ: 5. Технологии освоения космического пространства
Секция КНТС: 7. Технические исследования и эксперименты
Наименование эксперимента: Исследование отклика модуля РС МКС и валидация его многоуровневой динамической модели при воздействиях в условиях эксплуатации
Цель эксперимента:

Валидация методики построения многоуровневых динамических моделей для проектирования и конструирования модулей орбитальных космических комплексов и перспективных космических аппаратов с учетом диссипации энергии при динамических воздействиях в условиях эксплуатации.

 

Описание эксперимента:

При проектировании и конструировании модулей орбитальных космических комплексов и перспективных космических аппаратов, в том числе с применением композиционных материалов, необходимо использование динамических моделей, учитывающих функциональные зависимости параметров моделей от уровня локальных напряжений в условиях эксплуатации. Одними из важнейших параметров, существенно зависящих от уровня напряжений, являются коэффициенты демпфирования, отражающие диссипативные свойства конструкции.

Традиционно проектирование модулей орбитальных станций и космических аппаратов, включая анализ отклика элементов конструкции, проводится расчетно-теоретическими методами на основе расчетных моделей, не учитывающих зависимость коэффициентов демпфирования от уровня напряжений. Определение таких зависимостей и их включение в динамические модели возможно только на основе представлений о многоуровневой структуре материалов и элементов конструкции и самосогласованном влиянии элементов внутренней структуры различного масштаба на процессы диссипации энергии.

Для верификации динамических моделей и получения фактических данных о воздействии на модули РС МКС и отклике элементов конструкции необходимо проведение измерений виброускорений на элементах конструкции при эксплуатации.

 

Новизна эксперимента:

Теоретические основы построения многоуровневых нелинейных динамических моделей на основе синтеза методов подвижных клеточных автоматов и конечных элементов разрабатываются в рамках совместных работ РКК «Энергия», ИФПМ СО РАН, ТГУ, ТПУ [7–12].

Использование многоуровневых нелинейных динамических моделей, верифицированных по данным фактического нагружения и с учетом текущего состояния конструкции, для анализа состояния РС МКС предлагается впервые. Полученные в результате КЭ данные предназначены для верификации многоуровневой нелинейной динамической модели модуля РС МКС и последующего её использования для определения напряженно-деформированного состояния и спектра нагружения в критических, с точки зрения ресурса, зонах конструкции и оценки фактически израсходованного ресурса.

 

Научная аппаратура:

Для проведения КЭ должна быть разработана, изготовлена и доставлена на борт РС МКС научная аппаратура, предназначенная для измерений виброускорений элементов конструкции модуля РС МКС, сбора экспериментальных данных и коммутации с целью передачи экспериментальных данных.

НА должна включать в свой состав:

1.Регистрирующее оборудование:

-комплект датчиков, размещаемых на внутренней поверхности выбранного модуля РС МКС и предназначенных для измерений виброускорений на элементах конструкции модуля;

-блок регистрирующего оборудования, размещаемый на внутренней поверхности выбранного модуля РС МКС и предназначенный для регистрации, записи и хранения результатов измерений;

-элементы крепления, предназначенные для установки комплекта датчиков и блока регистрирующего оборудования;

-кабельную сеть, предназначенную для питания комплекта датчиков и блока регистрирующего оборудования и передачи данных, подключенную к бортовой сети электропитания и сети передачи данных.

2.Программное обеспечение:

-для обеспечения функционирования регистрирующего оборудования НА;

-для определения функциональных зависимостей диссипативных параметров материалов и элементов конструкции модуля РС МКС от величины локальных напряжений;

-для обеспечения использования функциональных зависимостей диссипативных параметров в динамических моделях элементов конструкций, разрабатываемых на базе конечно-элементных пакетов.

3.Энергопотребление регистрирующего оборудования НА в эксперименте кратковременно (до 60 мин – не более 50 Вт), между сеансами энергопотребление не требуется.

 

Ожидаемые результаты:

В ходе реализации КЭ будут получены данные о нагружении элементов модуля РС МКС и отклику конструкции.

Результаты КЭ будут использованы для контроля и окончательной верификации многоуровневой динамической модели модуля РС МКС и последующего проведения расчетов по определению спектра и уровней нагружения элементов конструкции.

 

 

Полученные результаты:

 

Сроки проведения: 2018-2019 гг.
Состояние эксперимента: Введен
Организация постановщик: ПАО РКК «Энергия» им. С.П. Королева
Организации участники: Национальный исследовательский Томский государственный университет (НИ ТГУ) – участник КЭ в части разработки многоуровневой динамической модели, программного обеспечения, разработки и изготовления НА; Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) — участник КЭ в части разработки многоуровневой динамической модели, программного обеспечения, обработки и анализа экспериментальных данных; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (НИ ТПУ) — участник КЭ в части наземных экспериментальных исследований и разработки блока регистрирующего оборудования НА; Новосибирский государственный технический университет (НГТУ) – участник КЭ в части разработки НА, обработки и анализа экспериментальных данных; НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина — участник КЭ в части планирования и организации подготовки экипажей к проведению КЭ; ФГУП ЦНИИмаш — участник КЭ в части проведения наземных динамических испытаний изделия-аналога модуля РС МКС и обеспечения средствами ЦУП ФГУП ЦНИИмаш управления полетом РС МКС и НА в процессе проведения эксперимента, сбора, первичной обработки, хранения и передачи постановщику и участникам КЭ информации, полученной в ходе выполнения эксперимента.
Научный руководитель: Псахье С. Г., Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, директор, член-корр. РАН; Чернявский А.Г., ПАО РКК «Энергия», советник ген. директора
Публикации по эксперименту:

1 Horstemeyer M. Multiscale Modeling: A Review // Practical Aspects of Computational Chemistry: Methods, Concepts and Applications / ed. J. Leszczynski and M.K. Shukla. Springer Science+Business Media, 2009. P. 87–135.

2 E W., Engquist B., Li X., Ren W., Vanden-Eijnden E. Heterogeneous Multiscale Methods: A Review //Communications in Computational Physics. 2007. Vol. 2. No. 3. P. 367–450.

3 Multiscale modelling and design for engineering application / Tarja Laitinen & Kim Wallin (Eds.). VTT, 2013. 122 p.

4 Псахье С.Г., Смолин А.Ю., Стефанов Ю.П., Макаров П.В., Шилько Е.В., Чертов М.А., Евтушенко Е.П. Моделирование поведения сложных сред на основе комбинированного дискретно-континуального подхода // Физ. мезомех. 2003. Т. 6. № 6. С. 11–21.

5 Псахье С.Г., Попов В.Л., Шилько Е.В., Смолин А.Ю., Дмитриев А.И. Изучение поведения и диагностика свойств поверхностного слоя твердого тела на основе спектрального анализа. Нанотрибоспектроскопия // Физ. мезомех. 2009. Т. 12. № 4. С. 27–42.

6 Межин В.С., Обухов В.В. Практика применения модальных испытаний для целей верификации конечно-элементных моделей конструкций изделий ракетно-космической техники // Космическая техника и технологии. 2014. №1(4). С. 86–91.

7 Безмозгий И.М., Софинский А.Н., Чернягин А.Г Моделирование в задачах вибропрочности конструкций ракетно-космической техники // Космическая техника и технологии. 2014. № 3 (6). C. 71–80.

8 Psakhie S., Shilko E., Smolin A., Astafurov S., Ovcharenko V. Development of a formalism of movable cellular automaton method for numerical modeling of fracture of heterogeneous elastic-plastic materials // Frattura ed Integrita Strutturale. 2013. Vol. 24. P. 26–59.

9 Psakhie S.G., Smolin A.Yu., Shilko A.Yu., Anikeeva G.M., Pogozhev Yu.S., Petrzhik M.I., Levashov E.A. Modeling nanoindentation of TiCCaPON coating on Ti substrate using movable cellular automaton method // Computational Materials Science. 2013. Vol. 76. P. 89–98.

10 Zavsek S., Dimaki A.V., Dmitriev A.I., Shilko E.V., Pezdic J., Psakhie S. G. Hybrid Cellular Automata Method. Application to Research on Mechanical Response of Contrast Media // Physical Mesomechanics. 2013. Vol. 16. No. 1. P. 42–51.

11 Psakhie S., Ovcharenko V., Yu V., Shilko E., Astafurov S., Ivanov Yu., Byeli A., Mokhovikov A. Influence of Features of Interphase Boundaries on Mechanical Properties and Fracture Pattern in Metal-Ceramic Composites // J. Mater. Sci. Technol. 2013. Vol. 29(11). P. 1025–1034.

12 Psakhie, S.G., Shilko, E.V., Grigoriev, A.S., Astafurov, S.V., Dimaki, A.V., Smolin, A.Yu., A mathematical model of particle-particle interaction for discrete element based modeling of deformation and fracture of heterogeneous elastic-plastic materials // Engineering Fracture Mechanics. 2014. Vol. 130. P. 96–115.

 

Последнее обновление: 12.12.2018

Информационная справка

Программы

Изображения