Сопромат-ликбез

Текущая версия на 18:12, 19 сентября 2024

теория сопротивления материалов ---автор Книжников ВВ

сопромат---это подраздел механики описывающий законы прочности конструкций и сохранения устойчивости формы и вплотную связан с хар-ками строительных материалов применяемых в дронах!!! смотри статью "физическая химия"

силовая деталь может работать на сжатие, разрыв, изгиб, кручение,срез,сдвиг!!! предел прочности на конкретное противодействие внешним приложенным силам и моментам определяется необходимой площадью сечения детали![1]

замкнутый поперечный контур силовой обшивки называемый кессоном и имеет максимальную жесткость формы ----разновидность это монокок!

при жесткой посадке ла(нагрузка ударного вида) для сохранение формы жестких элементов конструкции всегда надо использовать гасящий энергию удара буфер из эластичного материала типа пенорезина и подобного при этом перегрузка уменьшается на порядок ---например кок, бампер, посадочная лыжа, колёса, боковые ограничители!

самая распространенная нагрузка это изгиб ----когда силовая балка противодействует поперечному моменту сил, при этом одна полка работает на сжатие и противоположная на разрыв-----например труба(кессон круглый, квадратный, треугольный, формы лобика крыла), двухтавр как силовой элемент крыла типа лонжерон, лучи в мульти-роторах, рессоры в автомобилях!

на  разрыв работают растяжки в виде тросов, спиц, строп, резьбовых винтов, ткани и плёнки!

на сжатие подкосы, штоки в виде стержней или профилированных труб!

на срез работают монолитные стержни в виде арматуры, болтов, саморезов, заклёпок!

на кручение работают торсионы типа валов, труб!

на сдвиг двух элементов работают клея -----жесткие типа эпоксид, полиэфир, цианокрилата и эластичные типа казеиновый, ПВА, полиуретан, каучуковый! 

расчёт всегда ведётся в пределах упругих деформаций конструкции---модуль упругости, которая позволяет полностью восстановить предыдущее состояние материала без непоправимого пластического изменения формы детали или разрушения!----

поэтому всегда используется коэф.запаса прочности  1.5--2  для пиковых нагрузок!!!

основные материалы применяемые в робототехнике----это металлические сплавы, термопласты и реактопласты, дерево вдоль волокон, резина и клея !

например рассчитать лонжерон для трапецевидного крыла микродрона композитного изготовления типа пено-ядро ламинированное скотчем----принимаем максимальную перегрузку 5же,тогда при полётной массе 1кг вес будет уже 5кгс,при размахе 100см плёчо САХ защемлённой консоли около 20см от центра крыла и поперечный момент силы на изгиб 50кгс х см, при толщине профиля в корне полукрыла в 2.5 см , сила сжатия верхней полки 20 кгс ! если использовать сосновую рейку с модулем 350кгс/см2 то сечение всего 0.06см2 или 2х3 мм2, с учётом сопротивления самого пенопласта и обшивки коэф запаса прочности в полтора раза гарантирован!!! нижняя полка обычно имеет сечение в полтора раза меньше и работает на разрыв, то есть 2х2мм2!!![2]

 дерево с пенопластом хорошо клеится на столярный ПВА и "Титан"!

в сложных конструкциях важно понятие терморасширение разных материалов---термический коэф.расширения должен быть одинаковый, иначе возможно прослабление соединений или деформация поверхностей при перепадах температуры !!!

изначально живучесть ла или ресурс в целом определяет выбор материалов в зависимости от класса----например

1)микродрон----пенопластовый планер ламинированный прочной плёнкой, бутылочный фюзеляж самолёта, показывают феноменальную живучесть при каждодневной эксплуатации, ( мой птицелёт-орёл полётной массой 600г за 12 лет налетал 5000км при общем ресурсе 120часов с 2009года) !!!

2)минидрон-----лк-бесхвостка выполненный по позитивной композитной технологии (пенопластовое ядро обклееное тонким стеклопластиком толщиной 0.1--0.2мм),карбоновая рама и лучи для мультикоптера!

3)мидидрон-----композитный бпла матричного исполнения с сотовым наполнителем сендвича толщиной 3--5мм!

4)максидрон-----стеклопластиковый самолёт по листовой технологии с толщиной промышленного стеклотекстолита 0.5--1,5мм!

5)мегадрон-----металлический дрон по листовой технологии из алюминиевого проката толщиной 0.3--0.5мм!

более подробно смотри статью "композит"

Живучесть

Конструкция несущей платформы дрона и отдельных выступающих узлов устойчивая к импульсным(ударным) нагрузкам называется адаптивной и 
многократно поднимает ресурс всего дрона!!! 

Есть некоторые противоречия с точки зрения сопромата,аэродинамики и массы ла-----например жесткая гладкая поверхность дрона имеет минимальное сопротивление трению об воздух или воду, так все жесткие конструкции отлично держат равномерную статическую нагрузку и сохраняют изначальную форму, но очень уязвимы к точечным ударам и ломаются из за хрупкости , а это очень важно при постоянной эксплуатации, переноске и хранении!!!

С другой стороны эластичные конструкции из упругих материалов очень хорошо переносят неаккуратный вандализм----например жесткая посадка,таран,столкновение с препятствием, задевание выступающих элементов за косяки дверей и тд, но при этом достаточно сильно деформируются при номинальных нагрузках, что сказывается на точности управления дрона!!!

С точки зрения механики, чем легче масса дрона, тем меньше мощность на передвижение , но перегрузка определяет сечения строительных элементов конструкции и значит сам вес----поэтому приходиться искать неординарные решения по применению различных материалов с разными физическими свойствами для поиска удачного компромисса-----авиация это вершина всех передовых технологий!!!

более подробно смотри статью "физическая химия"

Есть одна инженерная хитрость при проектировании выступающих узлов это сделать складным крепление по направлению удара или отодвинуть элемент как можно дальше от возможного препятствия----например складные лопасти пропеллеров,мягкие шины колёс, упругие бампера, складные антенны, проп-сейф на резиновом кольце для ВВ, поднятие наверх хвостового оперения типа Т-образность, винглеты задранные наверх, высокоплан по типу крепления крыла, посадочный клык или лыжа на пузе фюзеляжа, расположение ВМГ на крыльях или пилоне, аэрорули в хвостовой части профиля крыла или оперения!!!