автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.02, диссертация на тему:Разработка расчетно-экспериментального метода проектирования технологически несимметричных многослойных труб формостабильных космических конструкций

На правах рукописи

УДК 629.7.02:621.002.3

КОМИССАР Олег Николаевич

РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ НЕСИММЕТРИЧНЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ ТРУБ ФОРМОСТАБИЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

Специальность 05.07.02 - Проектирование, конструкция

и производство летательных аппаратов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Обнинск 2004

Работа выполнена в Государственном научном центре РФ Федеральном государственном унитарном предприятии "Обнинское НПП "Технология".

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Егоров В.Н;

Научный консультант: кандидат технических наук

ПлихуновВ.В:

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Буланов И.М., кандидат технических наук Бахвалов Ю. О.

Ведущая организация: НПО им. С.А. Лавочкина

Защита состоится "22" июня 2004 г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 403.007.01 ОАО "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) по адресу: Москва, ул. Кировоградская, 3:

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 113587, Москва, ул. Кировоградская, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО НИАТ по адресу: 103051, Москва, ул. Петровка, 24.

Автореферат разослан мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 403.007.01,

доктор технических наук, профессор —гР^- Егоров В.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАРАБОТЫ

Актуальность темы. В связи ужесточением требований по точности космических систем нового поколения и значительным увеличением их геометрических размеров относительно недавно появился и быстро стал актуальным новый класс конструкций, качество которых определяется такими нетрадиционными свойствами, как высокая стабильность линейных размеров и пространственных форм при длительной эксплуатации в условиях изменения температур, влажности и радиации в течение многих лет. При этом, как правило, силовые воздействия на подобные конструкции не являются определяющими и составляют настоль-но малую величину, что обеспечение прочностных свойств не вызывает затруднений. Несущая способность космических конструкций определяется, в основном, характеристиками жесткости, а именно, стабильностью линейных и угловых размеров, т.е. формостабильностью.

Малый уровень эксплуатационных перемещений элементов космических конструкций в сочетании с высокой жесткостью на растяжение, изгиб, кручение и минимальной массой недостижим даже за счет использования специальных металлических сплавов, что способствует использованию в конструкциях многослойных полимерных композитов, армированных углеродными волокнами.

Трубы являются одним из строительных элементов, наиболее часто применяемых для сборки космических конструкций: каркасов космических радиотелескопов и концентраторов солнечной энергии, приводов поворотных устройств космических аппаратов, каркасов оптических приборов и лазерных установок, строительных ферм орбитальных станций и космических аппаратов.

Полимерные углепластики чувствительны к влажности внешней среды, которая выражается в процессах адсорбции и десорбции влаги в композиционном материале. Это приводит не только к изменению свойств композита, но и вызывает деформирование композиционного материала в процессе воздействия, аналогичное термическому деформированию. Этот факт требует применения и исследования дополнительных констант глгроуп-

ругости - коэффициентов влажностного линейного расширения (КЛВР).

Актуальность работы определяется тем, что в силу выше названных требований задачи проектирования многослойных труб формостабильных космических конструкций отличаются от задач традиционной оптимизации нагруженных многослойных стержней. Эксплуатационные перемещения трубы настолько малы, что для реализации требований технического задания при проектировании необходимо применять принципиально новые и нетрадиционные конструктивно-технологические решения, а также учитывать дополнительный комплекс факторов: как хорошо известных (например, конструктивные и технологические отклонения), так и не достаточно изученных (например, гигроу пругость и непроклеи). Вопросам разработки расчетно-экспериментального метода проектирования многослойных труб космических конструкций и посвящена диссертационная работа.

Целью. работы:является:разработка принципиально новых: конструктивно технологических решений многослойных формо-стабильных труб космического применения и расчетно-экспериментального метода их проектирования с учетом технологической несимметрии и явления гигроупругости.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования являются многослойные трубы, содержащие продольные и спиральные слои композиционного материала и изготавливаемые методами намотки, накатки или выкладки. Для решения задачи применяются методы теории тонкостенных стержней с учетом метрических характеристик слоев, механики композитов, теории планирования эксперимента, методов вычислительной математики и статистической обработки.

Научная новизна работы определяется следующим:

1. Разработаны конструктивно-технологические решения и получены оптимальные структурные параметры, обеспечивающие требования формостабильности многослойных труб.

2. Определены и исследованы константы термо- и гигроупру-гости однонаправленных эпоксидных углепластиков.

3. Разработана методика расчета перемещений, деформаций и

напряжений композитных труб при изменении температуры и влажности с учетом изменения метрических характеристик слоев и технологической несимметричности.

4. Установлены расчетные зависимости влияния факторов технологической несимметричности на деформации растяжения, кручения и изгиба многослойных труб при температурном и влажностном воздействиях.

5. Исследована формостабильность натурных многослойных труб, рассчитанных с учетом экспериментально найденных констант термо- и гигроупругости, с целью подтверждения разработанных конструктивно-технологических решений, расчетных методов и найденных проектных параметров труб.

Положения, выносимые на защиту.

1. Конструкция многослойной формостабильной трубы.

2. Методика расчета термогигроупругих свойств материала трубы с учетом изменения метрических характеристик слоев.

3. Методика расчета перемещений, деформаций и напряжений при изменении температуры и влажности композитных труб с учетом технологической несимметричности.

4. Результаты численных и экспериментальных исследований, устанавливающие зависимости температурных и влажност-ных деформаций удлинения, кручения и изгиба трубы от технологических несовершенств (разброс геометрических размеров, отклонения свойств материалов, изменения направлений и последовательности укладки слоев, наплывы связующего и непро-клеи).

Достоверность расчетных методик и результатов исследований формостабильных труб подтверждаются применением в математических моделях классических уравнений механики тонкостенных конструкций из композиционных материалов и согласованностью полученных результатов с данными аналитических исследований и экспериментов на натурных конструкциях.

Практическая ценность работы определяется предложенными конструктивно-технологическими решениями и оптимальными параметрами многослойных формостабильных труб; методами расчета линейных, крутильных и изгибных перемещений

труб с учетом конструктивно-технологических отклонений при изменении температуры и влажности; внедрением научных результатов работы. в создаваемые реальные космические конструкции: каркас космического радиотелескопа КА "Спектр-Р" (НПО им. С.А. Лавочкина) и поворотное устройство КА "Кондор" (НПО машиностроения).

Апробация работы. Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на конференциях, семинарах:

1. Г" международная авиакосмическая конференция. Материалы и технология производства авиакосмических систем. Российская инженерная академия, Москва, 28 сент.-2 окт. 1992 г.

2. 19th International SAMPE Europe Conference of the Society for the Advancement of Material and Process Engineering. Progress through innovation and cost, effectiveness. Paris, La Defense,. France, April 22-24, 1998.1

3. ХУ-я научно-техническая» конференция. Конструкция и технология получения изделий из неметаллических материалов.. ОНПП "Технология", Обнинск, 15-18 сент.Л998.

4. Г11 международная научная- конференция. Ракетно-космическая техника: Фундаментальные проблемы механики и теплообмена. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва,. 10-12. ноября

1998.

5. Научно-практическая конференция. Инновационное развитие: достижения ученых Калужской области для народного хозяйства. Физико-энергетический ин-т, Обнинск, 16 апр. 1999.

6. Международная семинар-выставка. Современные материалы, технологии, оборудование и инструменты в машиностроении. ATM Украины, Киев, 20-23 апр. 1999.

7. Vth Russian-Chinese International Symposium. Advanced materials and processes: Fundamental Problems of Developing Advanced Materials and Process of the XXI Century. Institute of Strength Physics and Materials Science, Baikalsk, July 27-August 1,

1999, Russia.

8. Конференция?первого международного форума. Высокие технологии оборонного комплекса. ЭКОС, Москва, 17-21 апреля 2000.

9. XVII"® совещание по ускорителям заряженных частиц. ИФВЭ, Протвино, 17-20 октября 2000.

10. Научные чтения. Космические технологии - человеку на Земле. Политехнический музей, Москва, 6 апреля 2001.

11. XVI*" научно-техническая конференция. Конструкции и технологии получения изделий из неметаллических материалов. ОНПП "Технология", Обнинск, 16-18 окт. 2001.

12. 2Г" научно-практическая, конференция. Композиционные материалы в промышленности. УИЦ, Ялта, 21-25 мая 2001.

13. 22"я международная научно-практическая конференция. Композиционные материалы в промышленности. УИЦ, Ялта 1-5 июня2002.

14. 23"я международная научно-практическая конференция: Композиционные материалы в промышленности. УИЦ "Наука. Техника. Технология", Ялта, 2-6 июня 2003.

15. Конференции г V Международного Форума:. Высокие технологии XXI века. Российский Фонд развития высоких технологий, Москва, 19-23 апреля 2004.

16. 3'" международная конференция SAMPE Europe - РИА. Теория и практика технологий производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов. МРУ, Москва, 27-30 августа 2003.

17. 2"я международная научная конференция Ракетно-космическая техника: фундаментальные и прикладные проблемы. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 18-21 ноября 2003.

18. 25th International; SAMPE Europe Conference of the Society for the Advancement of Material and Process Engineering. Material & Process Technology. Paris, Porte de Versailles, France, March 30-April 02,2004.

Публикации. Основное содержание и результаты диссертации изложены в 19 публикациях. Разработанные конструктивно-технологические решения защищены 1 патентом РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы из 102 наименований. Объем диссертации составляет 146 стр., включает 70 иллюстраций и 18 таблиц.

Во введении обоснована актуальность темы исследования и дана общая характеристика работы.

В первой главе рассмотрено состояние исследований в области проектирования, конструкции и изготовления композитных труб для формостабильных космических объектов (рис. 1), выявлены; требования к ним и сформулированы- задачи?работы. Во всех конструктивных схемах формостабильных трубчатых элементов выявлены характерные зоны: регулярная трубчатая часть из многослойного композиционного материала, краевая зона (соединение) и металлический фитинг.

Рис. 1. Космические аппараты «Спектр-Р» (а) и «Кондор» (б) с формостабильными композитными конструкциями-

Работа посвящена тонкостенным многослойным трубам, соответствующим регулярной части конструкции и испытывающим деформации растяжения-сжатия, кручения и изгиба от температурного и влажностного воздействий (рис. 2).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

а)

б)

Краевыми зонами трубчатых стержневых конструкций занимались Сироткин О.С., Царахов Ю.С.Воробей В.В., Егоров В.Н., Карпов Я.С., Бахвалов Ю.О., Алямовский А.А., Постнов А.Н. и др.

Расчетные методы для регулярной зоны многослойной трубы разрабатывали Алфутов Н.А., Зиновьев П.А., Болотин В.В., Буна-ков ВiА., Васильев В.В., Образцов И.Ф., Скудра A.M., Тарно-польский Ю.М., Лоскутов Ю.В:, и др.

Вопросы проектирования конструкции и технологии изготовления композитных труб отражены-в работах Аккуратова И.Л., Буланова И.М., Гайдачука В.Е., Лохова А.А., Щербакова В.Т., Оленина И.Г., Полового А.О., Garibotti J.F., Bowles D.E., Pruntly J. и др.

Вопросам механики термического деформирования; многослойных композитных материалов и конструкций посвящены работы Зиновьева П.А., Молодцова Г.А., Болотина К.С., Смердова А.А., Скудры A.M., Хорошуна Л.П., Вышванкжа В.И., Холидей Л., Bert C.W., Raghava R.S., Ginty C.A., Schapery R.A., Rogers K.F., Smith D.D. и др.

Обзор известных конструкций многослойных труб, технологий их изготовления и методов расчета показал, что в основном

для формостабильных труб применяются традиционные конструктивные решения и технологии изготовления, разработанные ранее для силовых конструкций, но которые часто не отвечают требованиям малых перемещений при кручении и изгибе. В опубликованных работах экспериментальные константы термоупругости исследованы применительно к разрабатываемым конструкциям, а константы гигроупругости однонаправленных эпоксидных углепластиков на основе российских углеродных волокон в известных публикациях не найдены.

Методы расчета многослойных труб основываются на безмо-ментной теории термоупругости тонкостенных стержней, работающих на растяжение/сжатие. Методы не учитывают явления, гигроупругости и изменение метрических характеристик слоев композитных труб и, в связи с этим, не позволяют рассчитывать термовлажностные переемещения кручения и изгиба от технологических несовершенств.

Во второй, главе представлены экспериментальные методы проектирования многослойных труб. Осуществлено исследование и проведен сравнительный анализ отечественных композиционных материалов, используемых для изготовления формоста-бильных труб. Установлено, что применительно к космическим конструкциям для интервала температур эксплуатации (-150 +100) °С наилучшими конструктивно-технологическими и экономическими свойствами обладают углепластики на основе лент ЛУ-П, однонаправленных жгутов УКН-П, КУЛОН и эпоксидных связующих с температурами отверждения (160-;-180) °С.

Предложена конструкция формостабильной трубы из многослойного углепластика с низкой чувствительностью к технологическим несовершенствам; возникающим в процессе производства (рис. 3).

Продольные и перекрестно армированные слои могут выполняться из материалов с разными свойствами, комбинация которых может давать новый эффект для конструкции, например, повышенную крутильную жесткость или трещиностойкость при высоком осевом модуле упругости и низком КЛТР.

а) б)

Рис. 3. Конструктивно-технологическая схема трех- (а) и пятислойной (б) композитной трубы: 1 - внутренний спиральный слой ±ф° толщиной Ц,ь 2 - средний продольный слой толщиной h0i; 3 - внешний (средний) спиральный слой ±ф° толщиной Ьф2; 4 - средний продольный слой толщиной ho2; 5 - внешний спиральный слой ±ср° толщиной Ьф3

Слои с углом ориентации 0° выполняются из средне- или высокомодульных волокон с отрицательным КЛТР автоматизированным методом - пултрузией и имеют вид неотвержденных профилей. Спиральные слои ±(р° наматываются, накатываются или выкладываются из препрега на основе лент, тканей или однонаправленных волокн. Профили отверждаются, соединяются друг с другом по окружности и с перекрестно армированными слоями за счет связующего или клея в процессе формования трубы.

Проведен анализ технологии изготовления трубы, выявлены конструктивно-технологические отклонения, приводящие к технологической несимметрии изготовленной трубы и вызывающие ее кручении и изгиб при изменении температуры и влажности. Определены диапазоны значений возможных отклонений: разброс размеров пултрузионных профилей и толщины монослоя углепластика из расчета толщины стенки трубы 3±o,15 мм; отклонения значений термоупругих характеристик слоев композиционных материалов от ±10% до ±50%; отклонения направлений укладки пултрузионных профилей до 2 мм по окружности сечения; отклонение оси намотки слоев от оси стержня на 1°; изменение последовательности намотки спиральных слоев; наличие лишнего витка намотки спиральных слоев в виде ленты шириной

до 20 мм; внешние протяженные наплывы связующего шириной от 5 до 25 мм и толщиной до 0,5 мм; внутренние непроклеи площадью от 1,5% до 50%.

Определены и исследованы константы термо- и гигроупруго-сти однонаправленных эпоксидных углепластиков на основе ЛУП/01 и связующего ЭНФБ (рис. 4), однонаправленных жгутов УКН-П/5000 и КУЛОН и связующего ВС-2561.

15 10 05 ШИН4 ' го 40 ео во 100 120140

-10 -15 Темпроотэоа, в С

V«. ГПа

0.30 /

0.25

шх1(Г6

50

40 в

«За

го

\

10 ч

в

6 X

-60 -20 20 60 100 140 Температура °С

сг. то

И, ГПо

140

130

-го о го во юо но

Температура °С

елг, ГПа

\в

6

г

Температура, С

Температура; °С .

Температура, °С

Рис. 4. Термоупругие характеристики однонаправленного слоя углепластика КМУ-4Л

Полученные температурные зависимости являются исходными данными для дальнейшего проектирования формостабильных труб.

Для оценки точности методик расчета термогигроупругих характеристик пакета композита из этих же углепластиков изготавливались и испытывались армированные плоские образцы.

В третьей главе представлена методика расчета перемещений, деформаций и напряжений при изменении температуры и влажности композитных труб с учетом технологической несим-

метричности:

Рассматривается многослойная труба с внутренним радиусом Я и длиной Ь, образованная слоями композиционных материалов? (рис. 5). Каждый слой имеет толщину Л/ и угол ориентации: (р1,- который, представляет собой угол между осью 1® естественной.системы координат слоя и осью х конструкции. Отсчет слоев ведется от внутренней поверхности трубы. Коэффициенты матрицы жесткости для многослойного пакета, образующего трубу, определены, путем рассмотрения энергии V плоского напряженного состояния элемента трубы длиной с центральным углом как суммы энергий элементов слоев. С учетом изменения метрических ха-

рактеристик слоев средняя" 2II

и *■

~\я + И)2 -Я2]1Ыву

где h - общая толщина стен-

ки трубы

Коэффициенты матрицы жесткости многослойного пакета gxx, gyy, в обобщен-

ном законе Гука для средних напряжений определяются суммированием соответствующих коэффициентов отдельных слоев,, так же записанных с учетом изменения их метрических характеристик:

удельная

энергия

Обобщенные соотношения: Дюамеля-Неймана с учетом влажностного расширения многослойного пакета, образующего

трубу, записываются в виде:: Л

ах =8ххех+Вхуеу+8«Уху

Р,АТ-ЛхДН = 8ху£х +8ууБу +8у»Уху -РУАТ-ЛУАН

*ху =Вх,£х + 8»6у +8«Уху -РхуДТ-ЛхуДН.

где ДТ и ДН - элементарное изменение.температуры и вла-госодержания в материале; коэффициенты термических напряжений многослойного пакета Рх, (Зу, Рху и коэффициенты гигроме-ханических напряжений как и коэффициенты матрицы

жесткости многослойного пакета опреде-

ляются суммированием соответствующих коэффициентов отдельных слоев

В последних выражениях 'И.;.) и Я{ - внутренний и внешний радиусы 1-го слоя.

Аналогично коэффвдиентам термических напряжений отдельных слоев р/1^ и Рг^ рассчитываются и коэффициенты гиг-ромеханических напряжений отдельных слоев, записываемые в их естественных системах координат::

В последних выражениях -коэффициенты влажно-

стного линейного расширения однонаправленного слоя. Эти величины численно равны величинам деформаций в естественной системе координат слоя, возникающих при изменении влагосо-держания в материале на 1% при условии свободного (нестесненного) расширения материала.

В результате расчета термогигроупругих характеристик

многослойной трубы вычисляются КЛТР и.-КЛВР. многослойной трубы, определяемые соотношениями, разрешенными относительно деформаций:

е, =^-(стх-У,усту-увтху)+ахДТ + 5хДН

X

еу =^-(сту-у^ст,-уу5тху)+ауДТ + буДН у

Уху =7Г"(Тху "У*Х<*Х ~ У5УСТУ )+ аху ДТ + 5 ДН. Сху

Искомые величины определяются по формулам

сс. =

ау =

"ху =

Рх-ухуРу-Уир1у

Ех

Ру -Уу5Рху

Е,

Рх, -V В «угу

5. =

8у =

5ХУ =

Л, -УхуЛу-У„Лх

Ех

Лу -УухЛх "Уу,Лху

ЕУ

Лху "У5хЛх ~У*уЛу

В общем случае все свойства однонаправленного материала, включая его жесткостные характеристики, КЛТР и КЛВР, являются функциями температуры и влагосодержания материала. В этих условиях для нахождения деформаций при изменении температуры и влагосодержания трубы использована пошаговая процедура. Диапазоны температур и влагосодержания — То, Н^ — Но (индексом к обозначены конечные значения диапазона, индексом 0 - начальные значения) делятся на к равных частей и на. текущем участке приращения деформаций определяются соотношениями

Де.

' »(Л А£у(Л = ДУхуи,

ау<])ДТ1+6у«>А^ :«ху«„АТл+51у0)ДН],

где - текущие значения КЛТР

и КЛВР многослойного пакета, вычисленные согласно вышеописанной процедуре для значений температуры Т]_1 и влагосодержания Н[_1, соответствующих началу ^го участка.

Деформации трубы при любой промежуточной температуре и влагосодержании определяются суммой деформаций от первого до текущего участка.

Напряжения в слоях пакета при начальной температуре То и влагосодержании:Но полагаются равными нулю (в тех случаях, когда известны начальные величины напряжений в слоях, они могут быть учтены при расчете). Для ортотропных слоев отдельно рассматриваются напряжения для значений угла ориентации слоя и

Изгиб труб при - изменении температуры или влажности возникает вследствие погрешностей структуры, приводящих к неосесиммет-ричности поперечного сечения. Для расчетов труба делится на N секторов (рис. 6), каждый из которых имеет свою многослойную структуру, в том числе свое число слоев, характеристики материалов слоев, углы и тол-шины слоев. Температура и

влагосодержание всех секторов одинаковы на каждом шаге изменения параметров окружающей среды. В пределах каждого сектора материал считается ортотропным.

Методика проектирования и анализа формостабильных труб реализована на основе: комбинации программных комплексов ОеСАБ, ишСАБ и ТеБеСТ, доработанных с учетом изложенных выше соотношений.

В четвертой главе представлена процедура проектирования конструкций на примере формостабильных труб каркаса космического радиотелескопа "Радиоастрон". Она включает в себя два последовательных этапа:

Рис. 6. Схема разбиения трубы на секторы: 1 - наружный слой; 2 - внутренний слой; 3 - средний продольный слой

Этап 1 заключается в определении оптимального угла ±ф спиральных слоев на. основании исследования чувствительности. Для этого проводятся расчеты осевых КЛТР и КЛВР при изменениях продольного и поперечного модулей упругости Е/ (а, б) и Ег (д), модуля сдвига О¡2 (в, г), коэффициента Пуассона У]2, продольного (XI и поперечного а2 (е) КЛТР материала спирального слоя (рис. 7).

Д) е):

Рис. 7.

С точки зрения чувствительности продольного КЛТР к от-

клонению базовых характеристик монослоя последние делятся на две ярко выраженные группы. К первой группе относятся продольный модуль упругости, коэффициент Пуассона и продольный КЛТР однонаправленного слоя. Для этих величин чувствительность продольного КЛТР трубы к отклонению базовых характеристик монослоя практически одинакова и достаточно слабая при любых величинах угла ориентации.

Другую группу характеристик составляют поперечный модуль упругости монослоя, модуль сдвига и поперечный КЛТР. Для этих величин характерно весьма сильное влияние угла ориентации на чувствительность, причем для каждой из этих характеристик монослоя существует "критическое" значение угла, при котором изменение данной характеристики практически не оказывает влияния на продольный КЛТР перекрестно армированного материала. Для величин Ег и 0.2 такое "критическое" значение составляет , а для

Выявлено, что минимум исследуемой функции (точка А, рис. 7-в), оптимальное решение для задачи размеростабильности (точка Б - нулевой КЛТР) и точка минимальной чувствительности (стационарная точка В) могут не совпадать.

Этап 2 предусматривает выбор оптимального соотношения толщин продольных и спиральных слоев: расчет характеристик многослойной трубы при нормальных условиях, а именно, продольный и поперечный модули упругости Ех и Еу, модуль сдвига в плоскости армирования Оху, коэффициент Пуассона Уху, продольный ах и поперечный Оу КЛТР и продольный КЛВР 6Х (рис. 8) в зависимости от толщины И^ каждого из спиральных слосйасчеты проводятся для нескольких значений угла ориентации спиральных слоев 41°, 42°, 43°, 44° и 45° от оси трубы, включающих "критические" значения углов и , полученные ранее на основании анализа чувствительности. Показано, что средний продольный КЛТР в диапазоне температур Те(-50°, +50оС), как и продольный КЛВР в диапазоне влагосо-держания , весьма слабо зависят как от толщины

спиральных слоев, так и от угла их ориентации. Практически при любых изменениях толщин и углов (в рассматриваемых преде-

лах) величины среднего продольного КЛТР находятся в диапазоне от-1.2x10"6 К-1 до -0.8x10-6 К-1, среднего продольного КЛВР -от 0,32x10"3 до 0,38х10'3.

Для уменьшения поперечного КЛТР' следует увеличивать толщину спиральных слоев (рис. 9).

Значения поперечного КЛТР находятся в диапазоне от 10x10"6 К-1 до 27Х10"6 К~\ что хорошо согласуется с коэффициен-

гами термического линейного расширения металлических фитингов из алюминиевого сплава Д16Т (а=22,7х10"6 К-1) и нержавеющей стали ЗОХГСА (а=1 ЫО"6 К"1). Для применения в фитингах титанового сплава ВТ-14 (а=8,7х10"6 1С1) в многослойной трубе в зоне соединения должно быть спиральных слоев более 53%

Этап 3 заключается в анализе деформирования трубы номинальной структуры при статической нагрузке на предмет, отсутствие первичного разрушения композиционного материала и появления остаточных деформаций.

После завершения проектирования трубы подвергаются численному исследованию осевых, крутильных и изгибных деформаций от технологических отклонений при воздействии температуры и влажности.

Для осевых деформаций анализируется влияние отклонений размеров пултрузионных профилей и толщин спиральных слоев (а), свойств материалов (б) на осевые термоупругие характеристики трубы (рис. 10).

Основными погрешностями изготовления, которые могут вызывать температурную и влажностную закрутку труб, являются: • отклонение направления укладки пултрузионных профилей от оси стержня (рис. 11);

• отклонение оси намотки от оси стержня, приводящее к несимметричности укладки материала в слоях +ф°;

• нечетность числа проходов при намотке слоев ±ф° :

• порядок расположения спиральных слоев по толщине стенки трубы.

Рис. 11. Зависимость величины закрутки торцев трубы 075 мм, Ы 190 мм от смещения Ь пултрузионных профилей по окружности: а - изменение температуры +20 -5- +50°С и +20 -ь -50°С; б -изменение влажности Н ■ е (0,2%, .1,3 %)

Основными дефектами труб, вызывающими температурный и влажностный изгиб, являются:

• отсутствие прослойки связующего у одного или нескольких пултрузионных профилей;

• продольные наплывы связующего;

• отклонения характеристик пултрузионных профилей, приводящие к неосесимметричности характеристик по сечению трубы.

Влияние отсутствия:прослойки связующего у пултрузионных профилей в одном или нескольких секторах оценивается путем изменения характеристик материалов среднего слоя этих секторов (рис. 12). Продольный модуль упругости и продольный КЛТР для;материала среднего слоя таких секторов рассчитываются по правилу смеси: Ех =5 ЕШУ.П, а„ =5-акму.13Екму.13/Е1

Рис. 12. Термический (а) и влажностный (б) консольный изгиб трубы 075 мм, Ь1190 мм от непроклеев

Влияние продольных протяженных наплывов связующего оценивается в данной расчетной схеме путем добавления в один или несколько секторов дополнительного внешнего слоя, характеристики которого принимаются равными характеристикам связующего.

Для анализа влияния отклонений характеристик материалов проводилась серия расчетов температурного изгиба труб при изменении характеристик одного или нескольких секторов в каждой трубе:

• отклонения продольного КЛТР профилей

• отклонения продольного модуля упругости профилей

• одновременное отклонение модуля упругости и КЛТР профилей

На основании численных исследований установлены предельные величины отклонений конструктивно-технологических параметров, характеристик исходных материалов и структурных дефектов, обеспечивающие термовлажностную формостабиль-ность композитных труб.

На основе полученных результатов проведено проектирование, экспериментальная отработка, исследование (рис.13) и серийное изготовление натурных размеростабильных углепласти-ковых труб с длинами от 740 до 2440 мм и внутренними диаметрами от 74 до 114 мм для каркаса космического радиотелескопа

"Радиоастрон" для КА "Спектр-F' (15 штатных изделий) и поворотного устройства КА "Кондор" (8 штатных изделий).

Из формостабильных труб были собраны каркасы и лепестки антенны телескопа, которые прошли полный комплекс вибрационных, вакуумных и термоциклических испытаний на стендах европейского центра ESTEC-ESА (Нидерланды, HBF3 Facility Data Report RADIOASTRON Thermal Test № 13073-22.10.98) и НПО им. С.А. Лавочкина.

На трех циклах температурного воздействия на натурных изделиях и на пятидесяти циклах на образцах-свидетелях к изделиям экспериментально показано, что абсолютные величины характеристик формостабильности и закон деформирования практически не меняются.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В соответствии с поставленной целью в диссертации получены следующие результаты:

1. Осуществлено исследование и проведен сравнительный анализ отечественных композиционных материалов, используемых для изготовления формостабильных труб. Установлено, что применительно к космическим конструкциям для интервала температур эксплуатации (—150 ч- +100) °С наилучшими конструктивно-технологическими и экономическими свойствами обладают углепластики на основе лент ЛУ-П, однонаправленных жгутов УКН-П, КУЛОН и эпоксидных связующих с температурами отверждения (160-5-180) °С

2. Определены и исследованы зависимости термо- и гигро-упругих характеристик однонаправленных эпоксидных углепластиков.

3. Предложена конструкция формостабильной трубы из многослойного углепластика с низкой чувствительностью к технологическим несовершенствам, содержащая продольные слои в виде пултрузионных элементов (патент РФ на изобретение № 2X91610, зарегистрирован 27.01.2003).

4. Проведен анализ технологии изготовления трубы, выявлены конструктивно-технологические отклонения, приводящие к технологической несимметрии изготовленной трубы и вызывающие ее кручении и изгиб при изменении температуры и влажности. Определены диапазоны значений отклонений.

5. Разработана методика расчета термогигроупругих свойств материала трубы с учетом изменения метрических характеристик слоев.

6. Разработана методика расчета термовлажностных перемещений многслойных труб с учетом технологической несимметричности.

7. Проведены расчетные исследования термических и влаж-ностных перемещений углепластиковых труб с армированием (±ф°/0о/±ф°). Получены зависимости этих перемещений от факторов технологической несимметричности.

8. Для формостабильных труб установлены оптимальные соотношения слоев продольных и спиральных слоев ф, диапазон критических углов укладки ф от 41° до 50°, обеспечивающие минимальную чувствительность термовлажностных перемещений к технологическим отклонениям (разброс геометрических размеров, отклонения свойств материалов, изменения направлений и последовательности укладки слоев, наплывы связующего и не-проклеи).

9. Установлены предельные величины отклонений конструктивно-технологических параметров, характеристик исходных материалов и структурных дефектов, обеспечивающие термовлаж-ностную формостабильность композитных труб.

Ю.На основе полученных результатов проведено проектирование, экспериментальная отработка, исследование и серийное изготовление натурных размеростабильных углепластиковых труб с длинами от 740 до 2440 мм и внутренними диаметрами от 74 до 114 мм для космических конструкций:

- каркаса космического телескопа "Радиоастрон" для КА "Спектр-Р" НПО им. С.А. Лавочкина;

- поворотного устройства КА "Кондор" НПО Машиностроения.

При указанных размерах в зависимости от требований технического задания на трубах получены повторяемые в условиях производства характеристики: углы закручивания торцев от 7 до 36 угловых секунд, консольные прогибы от 7 до 23 мкм. и средние осевые КЛТР от -0,7 до +0,2 К*1 при изменении температур от —50°С до +50°С., осевые КВРдо 0,43х10'3 1/%, осевые модули упругости от 96 до 165 ГПа.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. RomashinA.G., Vikulin V. V., MukhinN. V., Komissar O.N. Experience in the development and manufacture of composite structures for aircraft and rocket-and-space engineering // Material & Process Technology. Proceedings of the 25th International SAMPE Europe Conference of the Society for the Advancement of Material and Process Engineering, Paris, Porte de Versailles, France, March 30-April 02,2004.-P. 564-571.

2. Комиссар О.Н., Зиновьев П.А., Смердов А.А., Буш А.В. Обеспечение стабильности размеров и формы трубчатых элементов и оболочек из полимерных композитов для космических аппаратов // Теория и практика технологий производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов: Сборник докладов 3-й международной конференции, SAMPE Europe, 27-30 августа 2003, Москва, МГУ. - М: Российская инж. академия, 2004.

3. Комиссар О.Н. , П.А. Зиновьев, А.А. Смердов, А.В. Буш. Методика проектирования формостабильных композитных трубчатых элементов // Ракетно-космическая техника: фундаментальные и прикладные проблемы. Сборник докладов 2-й международной научной конференции, 18-21 ноября 2003, Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана. - М: МИИТ, 2004.

4. Выморков КВ., Хмельницкий А.К., Жовнер Б.А., Буш А.В., Сорина ТТ., Зиновьев П.А., Цвелев В.М., Бабышкин В.Е., Комиссар О.Н. Слоистая труба. Патент РФ на изобретение № 2197670, приоритет от 13.09.2001, зарегистрирован 27.01.2003.

5. Комиссар О.Н., Зиновьев П.А., Смердов А.А. Анализ чувствительности показателей формо- и размеростабильности композитного трубчатого элемента // Композиционные материалы в промышленности: Тезисы докладов 23-й международной научно-практической конференции, 2-6 июня 2003, Ялта. - Киев: УИЦ «Наука. Техника. Технология», 2003. - С. 58-59.

6. Климакова Л.А., Комиссар О.Н., Половый А.О., Щукина Л.А. Влияние климатического и радиационного воздействий на показатели размеростабильности эпоксидного углепластика // Композиционные материалы в промышленности: Тезисы докладов 21 научно-практической конференции, 21-25 мая 2001, Ялта. -Киев:УИЦ,2001.-С. 56.

7. Комиссар О.Н. Возможности полимерных композиционных материалов для обеспечения стабильности формы и размеров крупногабаритного прецизионного оборудования // Космические технологии - человеку на Земле: тезисы докладов Научных чтений, 6 апреля 2001, Москва. - М: Политехнич. музей, 2001.

8. Комиссар О.Н., Мухин Н.В., Климакова Л.А. Опыт создания и возможности размеростабильных конструкций из

полимерных композиционных материалов для крупногабаритных космических систем // Высокие технологии оборонного комплекса: Тезисы. докладов конференции первого международного форума, 17-21 апреля 2000, Москва. - М.: ЭКОС, 2000. - С. 105.

9. Комиссар О.Н. Создание размеростабильных композитных конструкций для крупногабаритного прецизионного оборудования космической техники / Инновационное развитие: достижения ученых Калужской обл. для нар. хоз-ва.. Сборник избранных трудов. - Обнинск: ФЭИ, 2000. - С. 164-172.

\0.Бритвич Г.И., Н.К. Булгаков, Рядовиков В.Н., Холоденко А.Г. Климакова Л.А., Комиссар О.Н., Половый А. О. Влияние радиации, на физико-механические свойства углепластика // Сборник докладов в 2-х томах: XVII совещание по ускорителям заряженных частиц, 17-20 октября 2000, Протвино. - Протвино: ИФВЭ, 2000.-С. 212-218.

11. Зиновьев П.А.,. Комиссар О.Н., Смердов А.А., Буш J А.В. Создание размеростабильных композитных конструкций для космического применения, // Современные материалы, технологии, оборудование и инструменты в машиностроении: Тезисы докладов Международного семинара-выставки, 20-23 апр. 1999, Киев: - Киев: ATM Украины, 1999. - С. 50-51.

\Т. Комиссар О.Н., Мухин Н.В., Климакова Л.А. Высокоэффективные композитные конструкции для техники XXI века. // Наука производству. - №9, 1999. - С. 43-48.

13. Комиссар О.Н., Зиновьев П.А., Смердов А. А.. Форморазмеростабильные углепластиковые конструкции для габаритных объектов космического и наземного применения // Композиционные материалы в промышленности: Тезисы докладов международной конференции, 11-13 мая 1999, Киев. -Киев: ATM Украины, 1999. - С. 80-81.

14. Romashin A.G., Komissar O.N., Zinoviev P.A., Smerdov A.A. Dimensionally Stable Carbon Fibre Reinforced Plastic Tubes // Progress through innovation and cost effectiveness. Proceedings of the 19th International SAMPE Europe Conference of the Society for the Advancement of Material and Process Engineering, Paris, La Defense, France, April 22-24, 1998. - P. 529-539.

04-1378 4

15. Зиновьев П.А., Смердов А.А., Комиссар О.Н., Буш А.В. Проектирование размеростабильных углепластиковых труб для космических конструкций1 // Конструкция и технология получения изделий из неметаллических материалов: Тезисы докладов XV научно-технической конференции, 15-18 сент. 1998, Обнинск. - Обнинск: ОНПП "Технология", 1998. - С. 58-59.

16. Зиновьев П.А., Смердов А. А., Комиссар О.Н., Буш А.В. Оптимальное проектирование и реализация- размеростабильных углепластиковых трубчатых элементов космических конструкций // Ракетно-космическая техника: Фундаментальные проблемы механики и теплообмена. Тезисы- докладов международной научной конференции, 10-12 ноября- 1998,? Москва; - М: Московский ин-ттеплотехники, 1998.-С. 86.

17. Лепикаш Е.Р., ШкирковаЛ.М., Шуль Г.С., Комиссар О.Н.,. Буш А.В. Исследование термодеформационных характеристик углепластиков для космических конструкций // Ракетно-космическая техника: Фундаментальные проблемы механики и теплообмена. Тезисы докладов международной научной конфер., 10-12 нояб. 1998, Москва. - М: МИИТ, 1998. - С. 47.

18. Царев В.Ф., Комиссар О.Н. Радиационная стойкость полимерных композиционных материалов/ЛСонструкция и технология получения изделий из неметаллических материалов: Тезисы докладов-XV научно-технич. конференции, 15-18 сент. 1998, Обнинск. - Обнинск: ОНПП "Технология", 1998. - С.70.

19. Создание прецизионных конструкций из углепластиков для уникальных крупногабаритных изделий3 космического применения: Отчет о НИР (заключительный) / Буш А.В., Климакова Л.А., Комиссар О.Н. и др. Обнинское научно-производственное предприятие "Технология": Руководит. А.В; Буш-11-24097001;Гос. Рег.№У82701.-Обнинск, 1997.-191 с.

20. Щербаков В. Т., Свиридов А. Г., Выморков Н.В., Комиссар О.Н. Опыт создания высоко- и средненагруженных конструкций, из полимерных композиционных материалов для изделий авиакосмического назначения. //Том 5. Материалы и технология производства авиакосмических систем. Труды первой международной авиакосмической конф. Москва, 28 сент.-2 окт. 1992 г. - М.: Российская инж. академия, 1995. - С.409-422.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИИ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИИ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ И МЕТОДА РАСЧЕТА МНОГОСЛОЙНЫХ ТРУБ ДЛЯ ФОРМОСТАБИЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

1.1. Обзор формостабильных космических конструкций на основе композитных трубчатых элементов

1.2. Конструктивно-технологические решения композитных труб

1.3. Постановка задачи

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ТРУБ

2.1. Разработка конструктивно-силовой схемы

2.2. Анализ полимерных композиционных материалов для космических конструкций

2.3. Оценка конструктивных особенностей, связанных с технологическими несовершенствами труб

2.4. Экспериментальные исследования термо- и гигроупругих ' констант однонаправленных углепластиков

3. ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФОРМОСТАБИЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ НЕСИММЕТРИЧНЫХ ТРУБЧАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

3.1. Жесткостные характеристики многослойного пакета

3.2. Термогигроупругие характеристики пакета

3.3. Деформации трубы при изменении температуры и влагосодержания: растяжение и кручение

3.4. Расчет напряжений в слоях трубы

3.5. Расчет изгиба трубы неосесимметричного сечения

3.6. Блок-схема алгоритма расчета жесткостных свойств технологически несимметричных труб при изменении длины, кручении и изгибе

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК

ФОРМОСТАБИЛЬНОСТИ МНОГОСЛОЙНЫХ ТРУБ

4.1. Оптимальное проектирование структуры труб

4.2. Численное исследование жесткостных свойств технологически несимметричных труб: удлинение, кручение, изгиб

4.3. Экспериментальное исследование жесткости натурных труб

Последние два десятилетия характеризуются высокой активностью ведущих стран мира в освоении космического околоземного пространства и фундаментальных исследованиях дальнего космоса. Это приводит к созданию глобальных спутниковых систем связи высокой точности, орбитальных транспортных платформ и обитаемых станций, космических радиотелескопов и оптических систем с высокой разрешающей способностью.

В связи ужесточением требований по точности космических систем нового поколения и значительным увеличением их геометрических размеров относительно недавно появился и быстро стал актуальным новый класс конструкций, качество которых определяется такими нетрадиционными свойствами, как высокая стабильность линейных размеров и пространственных форм при длительной эксплуатации в условиях изменения температур, влажности и радиации в течение многих лет. При этом, как правило, силовые воздействия на подобные конструкции не являются определяющими и составляют настольно малую величину, что обеспечение прочностных свойств не вызывает затруднений. Несущая способность космических конструкций определяется, в основном, характеристиками жесткости, а именно, стабильностью линейных и угловых размеров, т.е. фодмостабильностью. г

Трубы являются одним из строительных элементов, наиболее часто применяемых для сборки космических конструкций: каркасов космических радиотелескопов и концентраторов солнечной энергии, приводов поворотных устройств космических аппаратов, каркасов оптических приборов и лазерных установок, строительных ферм орбитальных станций и космических аппаратов.

К таким конструкциям предъявляются высокие требования по формоста-бильности, которые можно разделить на две группы. Первая группа требований касается стабильности линейных размеров в виде близких к нулю осевых перемещений, вторая - стабильности формы в виде ограничений пространственных деформаций. Для трубчатых элементов деформации оцениваются по углу относительной закрутки торцев и консольному прогибу обезвешенной конструкции, которые составляют величину несколько десятков угловых секунд и микрон соответственно.

Малый уровень эксплуатационных перемещений элементов космических конструкций в сочетании с высокой жесткостью на растяжение, изгиб, кручение и минимальной массой недостижим даже за счет использования специальных металлических сплавов, что способствует использованию в конструкциях многослойных полимерных композитов, армированных углеродными волокнами. В таблице 1 и на рис. 1 приведены сравнительные термические, весовые и механические характеристики материалов, применяемых в космических конструкциях [43].

Таблица 1. Свойства конструкционных материалов при нормальных условиях

Материал Коэффициент термического линейного расширения, К"1 х Ю-6 Удельный вес, кг/м3 Модуль упругости, ГПа

Алюминиевый сплав Д16Т 22,7 2780 71

Легированная сталь ЗОХГСА 11,0 7850 198

Титановый сплав ВТ-14 8,7 4520 115

Сплав "Инвар" * 1,2 7740 f 200

Стеклопластик на основе ровинга РВМН 1,2(1> 2100 100(1)

Алюминий, армированный углеродными волокнами 1,1(1) 2380 1730)

Углепластик на основе ленты ЛУ-24П -1,2<'> -4,5(2) 1500 215(,) 172(2)

Органопластик на основе пара-арамидных волокон Армос® -3,8(1) 1300 70(,)

Примечание: 1 - свойства вдоль одноосно ориентированных волокон;

2 - свойства вдоль оси перекрестно ориентированных волокон б„ МПа i s s 2400 и 2200 а а

2000 --1800 - -1600-g 1400 о 1200 z

5 1000 с 800

600-и u 400 а.

С 200

О*

ДЙАТ800

ВыСОКОПрОЧНЫе^;/;; Д-КОНструкции ; • V -X:

ШЩ аукн-п/£000 вт14ф

0т4<

Ауол-зоо А'элур-п ф H46J

Высокомодульные н размеростабильные конструкции

I Д16

IАНг2Н

1 I I 1 I I I I 1 I 1 I 1 I I 1 1 I I 1 I I 1 1 1

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

Модуль упругости при растяжении Е^ГПо

Рис. 1. Механические характеристики конструкционных материалов: □ - алюминиевые сплавы; О - титановые сплавы; А* + — углепластики

Применение, например, специального сплава "Инвар" или алюминиевого сплава, армированного высокомодульными углеродными волокнами, позволяет получить конструкции с близким к нулю коэффициентом линейного расширения, но при этом сам материал и технология его переработки в изделие отличаются повышенной стоимостью,^ габаритные размеры деталей имеют существенные ограничения.

Использование углепластиков на основе углеродных волокон и полимерных связующих, имеющих удельный вес в 1,5 - 5,2 раза ниже металлических материалов, обеспечивает получение легкого, высокомодульного изделия с близким к нулю осевым коэффициентом термического линейного расширения.

Уникальной особенностью полимерных углепластиков является ярко выраженная анизотропия свойств одноосно армированных слоев, которая наряду с наличием больших технологических возможностей по реализации практически любых схем армирования позволяет получать конструкцию с более отрицательным коэффициентом линейного термического расширения, чем KJITP исходного одноосно армированного слоя (рис. 2, [95]).

Рис. 2. Зависимости среднего KJITP от угла армирования ф°в диапазоне Те(-50°С, +50°С) перекрестно армированного углепластика

КМУ-4Л/0.1 на основе ленты ЛУ-П/01

Другой особенностью эпоксидных углепластиков является их высокая радиационная стойкость, что обеспечивает длительную эксплуатацию изделия в условиях космического пространства без применения специальных средств за* щиты [12, 72]. 9

Создание эффективного изделия, позволяющего не только реализовать требования технического задания, но и получить принципиально новые возможности для существенного ужесточения этих требований, открывает пути для внедрения конструкций из ПКМ даже при условии их высокой стоимости.

Одним из существенных недостатков полимерных углепластиков является их чувствительность к влажности внешней среды, которая выражается в процессах адсорбции и десорбции влаги в композиционном материале. Это приводит не только к изменению (деградации) свойств композита, но и вызывает деформирование композиционного материала в процессе воздействия, аналогичное термическому деформированию. Этот факт требует применения и исследования дополнительных коэффициентов линейного деформирования слоя углепластика - коэффициентов линейного влажностного расширения (KJIBP).

Актуальность работы определяется тем, что в силу выше названных требований задачи проектирования многослойных труб формостабильных космических конструкций отличаются от задач традиционной оптимизации нагруженных многослойных стержней. Эксплуатационные перемещения трубы настолько малы, что для реализации требований технического задания при проектировании необходимо применять принципиально новые и нетрадиционные конструктивно-технологические решения, а также учитывать дополнительный комплекс факторов: как хорошо известных (например, конструктивные и технологические отклонения), так и не достаточно изученных (например, гигроупру-гость и непроклеи). Это решающим образом влияет на все стадии создания, начиная с самой постановки задачи проектирования (определение критериев качества, проектных параметров и ограничений), заканчивая выбором эффективных методов практической реализации найденных решений.

В данной работе показано, что показатель формостабильности является функцией отклонений от номинальных величин, и уточнено само понятие оптимальной конструкции. Критерий оптимальности включает в себя не только обеспечение требуемых номинальных значений характеристик конструкции, но и максимальную устойчивость этих характеристик к вариациям структурных параметров и свойств материалов, а также возможность обеспечения требуемых значений при изготовлении. Поэтому неотъемлемой частью процесса поиска оптимальных значений структурных параметров является процедура анализа чувствительности свойств композитной конструкции к отклонениям геометрических размеров, траекторий армирования отдельных слоев и характеристик материалов композитной конструкции.

Указанные факторы обусловливают новизну и сложность задачи оптимального проектирования углепластиковых труб. Так, конструкция, обладающая оптимальными характеристиками (жесткость, коэффициенты термического и влажностного расширения и т.п.), может быть неоптимальной с точки зрения устойчивости этих характеристик к технологическим отклонениям, неизбежным в реальных условиях серийного производства. С другой стороны, оптимальная с точки зрения чувствительности характеристик конструкция может обладать не самыми наилучшими номинальными свойствами. В этом случае проектировщик несколько поступается характеристиками изделия в угоду обеспечения их повторяемости от изделия к изделию при производстве.

Кроме того, при оптимизации параметров композитной трубы необходимо предусмотреть учет следующих факторов:

- зависимость свойств материалов элементов трубы от температуры, требующая корректной аппроксимации свойств;

- эффекты, обусловленные нетонкостенностью труб и требующие учета изменения метрики при переходе от слоя к слою.

На первом этапе проектирования обеспечиваются заданные техническим заданием номинальные характеристики конструкции, прежде всего, близкие к нулю KJ1TP и KJ1BP, а так же модуль упругости и предел прочности. Результатом работ по данному этапу является термическая и влажностная стабильность линейных размеров вдоль продольной оси будущего трубчатого изделия.

На втором эуапе обеспечивается максимальная устойчивость выбранных характеристик многослойной трубы к вариациям структурных параметров, свойств материалов, технологических параметров и режимов изготовления, результатом чего является термическая и влажностная стабильность формы изделия. Термогигроупругие свойства углепластиков, обусловленные поведением полимерной матрицы, существенно влияют на характеристики формы конструкции, по своей природе имеют большую вариацию значений, а их прямые измерения являются затруднительными и могут иметь значительную погрешность. По этой причине проектные значения конструкции находятся в областях наименьшей чувствительности к этим свойствам материала. Эти зоны находятся в точках пересечения семейства кривых, описывающих зависимости средних KJITP и KJIBP трубы от величин отклонений Д. Предельные отклонения других параметров, значения которых невозможно разместить в зонах наименьшей чувствительности, рассчитываются и назначаются индивидуально.

Нормирование, реализация и контроль предельных конструктивно-технологических отклонений на разных стадиях изготовления обеспечивает хорошую воспроизводимость показателей формостабильности композитных конструкций при их тиражировании в условиях серийного производства.

Характерной особенностью полимерных композиционных материалов является повышенный по сравнению с металлами разброс физико-механических характеристик исходных однонаправленных слоев материала, применяемых для получения сложно армированных конструкций (более 7%). Процесс термического формования изделия происходит одновременно с процессом полимеризации (получения) армированного материала при термических режимах и по технологии, имеющих значительный допустимый диапазон изменения значений. Имеющиеся в авиакосмической отрасли методики определения свойств, как исходных слоев полимерных материалов, так и армированного многослойного материала в изделии, ориентированы на параметры прочности и жесткости и совершенно не предусматривают отбраковку по термическим характеристикам и показателям разбррса контролируемых параметров ниже величины 710 %. Все это требует специализированной доработки производственно-технологической и нормативно-контрольной базы в плане ужесточения отклонений в свойствах материала уже на этапе входного контроля сырья и полуфабрикатов, в конструктивных параметрах изделия и технологических режимах переработки ПКМ в конструкцию.

С целью обеспечения постоянства характеристик формостабильности от-вержденная конструкция подвергается специальной термостабилизации в положительной области температур, суть которой заключается в проведении релаксации внутренних напряжений, имеющихся на поверхности контакта углеродных волокон с полимерной матрицей, и стабилизации химического состояния самой матрицы. Выбор режима производится экспериментальными методами на основе исследования термоупругого поведения образцов, вырезанных из готовой конструкции.

В результате циклического изменения температуры, содержащего переходы из положительной в отрицательную область температур, могут приводить к микрорастрескиванию матрицы многослойной трубы [6, 84, 79]. Это проявляется в некотором уменьшении модуля упругости (повышении пластичности) материала и, как следствие, в появлении остаточных деформаций и изменении термогигроупругого поведения конструкции. Для предотвращения этого явления многослойные готовые трубы подвергаются термоциклической адаптации.

В углепластиках на основе полимерных матриц протекают процессы поглощения и удаления влаги, которые сопровождаются изменениями линейных размеров и геометрических форм конструкции даже при неизменной температуре, но которые прекращаются при достижении материалом равновесного состояния влагонасыщения. Это обусловливает применение влажностной адаптация готового изделия к условиям эксплуатации, которая заключается в приведении материала конструкции в равновесное состояние по отношению к условиям окружающей среды ее эксплуатации. В случае необходимости на этом же этапе проводится вакуумная дегазации изделия.

Приведенные выше мероприятия, проводимые с готовой многослойной трубой, обеспечивают постоянство показателей формостабильности при эксплуатации в реальных условиях в течение длительного времени.

В данной работе проведены исследования в пяти основных направлениях, обеспечивающих создание оптимальных прецизионных трубчатых конструкций из ПКМ, сохраняющих с высокой точностью свои геометрические размеры и форму при эксплуатации в условиях космического пространства:

1) разработка расчетных моделей оптимального проектирования на основе критериев минимизации параметров трубчатой конструкции при наличии отклонений от номинальных величин физико-механических характеристик материалов и конструктивно-технологических параметров;

2) проведение расчетно-экспериментального исследования влияния отклонений на функциональные характеристики изделия;

3) проектирование оптимальной трубчатой конструкции и определение допустимых полей отклонений от номинальных величин физико-механических характеристик материалов и конструктивно-технологических параметров;

4) исследование путей конструктивного и технологического обеспечения допустимых полей отклонений при производстве прецизионных труб;

5) экспериментальная реализация и апробирование принятых подходов на образцах, модельных фрагментах и опытных трубах натурного размера.

Весь комплекс исследований проведен для большой группы многослойных труб каркаса рефлектора антенны космического радиотелескопа КА "Спектр-Р" НПО им. С.А. Лавочкина (г. Химки) и труб поворотного устройства КА "Кондор" НПО машиностроения (г. Реутов) с внутренними диаметрами от 68 до 126 мм и длинами от 740 до 2440 мм. г

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленной целью в диссертации получены следующие результаты:

1. Осуществлено исследование и проведен сравнительный анализ отечественных композиционных материалов, используемых для изготовления фор-мостабильных труб. Установлено, что применительно к космическим конструкциям для интервала температур эксплуатации -150 °С ч- +100 °С наилучшими конструктивно-технологическими и экономическими свойствами обладают углепластики на основе лент ЛУ-П, однонаправленных жгутов УКН-П, КУЛОН и эпоксидных связующих с температурами отверждения 160°С -ь 180 °С.

2. Определены и исследованы константы термо- и гигроупругости однонаправленных и армированных эпоксидных углепластиков.

3. Предложена конструкция формостабильной трубы из многослойного углепластика с низкой чувствительностью к технологическим несовершенствам.

4. Проведен анализ технологии изготовления трубы, выявлены конструктивно-технологические отклонения, приводящие к технологической несимметрии изготовленной трубы и вызывающие ее кручении и изгиб при изменении температуры и влажности. Определены диапазоны значений отклонений.

5. Разработана методика расчета термо гигроупругих свойств материала трубы с учетом изменения метрических характеристик слоев.

6. Разработана методика расчета термовлажностных перемещений многослойных труб с учетом технологической несимметричности.

7. Проведены расчетные исследования термических и влажностных перемещений углепластиковых труб с армированием (±ф°/0°/±ф°). Получены зависимости этих перемещений от факторов технологической несимметричности.

8. Для формостабильных труб установлены оптимальные соотношения слоев продольных и спиральных слоев ф, диапазон критических углов укладки

Ф от 41° до 50°, обеспечивающие минимальную чувствительность термовлаж-ностных перемещений к технологическим отклонениям (разброс геометрических размеров, отклонения свойств материалов, изменения направлений и последовательности укладки слоев, наплывы связующего и непроклеи).

9. Установлены предельные величины отклонений конструктивно-технологических параметров, характеристик исходных материалов и структурных дефектов, обеспечивающие термовлажностную формостабильность композитных труб.

10. На основе полученных результатов проведено проектирование, экспериментальная отработка, исследование и серийное изготовление натурных раз-меростабильных углепластиковых труб с длинами от 740 до 2440 мм и внутренними диаметрами от 74 до 114 мм для космических конструкций (рис. 70):

- каркаса космического телескопа "Радиоастрон" для КА "Спектр-Р" НПО им. С.А. Лавочкина;

- поворотного устройства К А "Кондор" НПО Машиностроения.

Благодаря достигнутым научным результатам впервые в России получены трубчатые композитные конструкции с уникальными характеристиками формо-стабильности, гарантированно повторяемыми в условиях серийного производства.

Дальнейшее развитие работы следует направить на выявление новых технологических отклонений, возникающих при изготовлении формостабильных композитных труб, на их классификацию, набор статистических данных по размерам этих отклонений и частоте повторяемости при серийном производстве с целью выявления значимости этих отклонений и определения их весовых коэффициентов. Это позволит создать методику расчета суммарных пространственных перемещений трубы при одновременном влиянии нескольких технологических факторов. б)

Рис. 70. Космическиечсонструкции: а - углепластиковые трубы формостабильного каркаса космического радиотелескопа "Радиоастрон" (© НПО им. С.А. Лавочкина) б - углепластиковые трубы поворотного устройства КА "Кондор" (НПО Машиностроения)

1. Алфутов Н.А., Зиновьев П.А., Попов Б.Г. Расчет многослойных пластин из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1984. - 446с.

2. Балабух Л.И., Алфутов Н.А., Усюкин В.И. Строительная механика ракет. М.: Высшая школа, 1984. - 391 с.

3. Баничук Н.В., Карпов И.И., Климов Д.М., Маркеев А.П., Соколов Б.Н., Шаранюк А.В. Механика больших космических конструкций. М.: Факториал, 1997.-302 с.

4. Баничук Н.В., Кобелев В.В., Рикардс Р.Б. Оптимизация элементов конструкций из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1988. -224с.

5. Бахвалов Ю.О. Проектирование метало-композитных трубчатых стержней жестких элементов конструкций ракетной и космической техники / Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. Москва, 2002. — 103 с.

6. Бергман X. Разработка крупногабаритных космических конструкций // Углеродные волокна и композиты: Пер. с англ./Под ред. Э. Фитцера. М.: Мир. 1988.-336 с.

7. Благонадежин В.Л., Воронцов А.Н., Дмитриева А.В. Деформация конструкций из композитов с остаточными технологическими напряжениями // Сборн. научн. статей. М.: Машиностроение, 1992. - С.22.

8. Боли Б., Уэйнер Дж. Теория температурных напряжений. М.: Мир, 1964. -517с.

9. Болотина К.С. О коэффициентах теплового расширения слоистых композитов // Механика полимеров.- 1969.- № 4.- С. 23-28.

10. Болотин В.В., Гольденблат И.И., Смирнов А.Ф. Строительная механика. Современное состояние и перспективы развития. М.: Машиностроение, 1972. -220с.

11. Болотин В.В., Новичков Ю.Н. Механика многослойных конструкций. -М.: Машиностроение, 1980, 375с.

12. Брызгалин Г.И. Проектирование деталей из композиционных материалов волокнистой структуры. М.: Машиностроение, 1982. - 84с.

13. Буланов И.М., Воробей В.В. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов. М.: МГТУ им. Баумана, 1998, —514 с.

14. Бурякова И.В. Теплофизические и упругие характеристики симметричных косоугольно армированных композитов // Механика композитных материалов: Сб. трудов.- Рига: Изд-во РПИ, 1986.- С. 44-50,

15. Васильев В.В. Механика конструкций из композиционных материалов. -М.: Машиностроение, 1988. 272с.

16. Ванин Г.А. Микромеханика композиционных материалов.- Киев: Наукова думка, 1985.- 304 с.

17. Ван Фо Фы Г.А. Конструкции из армированных пластмасс. Киев: Технжа, 1971.-220с.

18. Воробей В.В., Морозов Е.В., Татарников О.В. Расчет термонапряженных конструкций из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1992. -240 с.

19. Воробей В.В., Сироткин О.С. Соединения конструкций из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1985. - 166 с.

20. Вышванюк В.И., Алымов В.Т., Турусов Р.А. Тепловое расширение гибридных однонаправленных композитных материалов с малым температурным коэффициентом линейного расширения // Механика композитных материалов.- 1985.- № 5.- С. 357-360.

21. Гайдачук В.Е., Карпов Я.С. Физико-механические и эксплуатационные свойства композиционных материалов: Учебное пособие ХАИ. Харьков. 1987. -73с.

22. Горбаткина Ю.А., Суляева З.П. Влияние многократного охлаждения до низких температур на адгезионную прочность соединений волокно-терпопластичная матрица // Механика композитных материалов.- 1995, N 2.- С. 156-162.

23. Гуняев Г.М. Структура и свойства полимерных волокнистых материалов. М.: Химия, 1981. - 232с.

24. Гурвич М.Р., Локшин В.А., Лепикаш Е.Р. Анизотропия случайных функций термического расширения армированных пластиков // Механика армированных пластиков. Рига: Риж. техн. ун-т, 1991. - С.56-66.

25. Дудченко А.А., Лурье С.А., Образцов И.Ф. Анизотропные многослойные пластины и оболочки// Итоги науки и техники. Сер. Механика деформируемого твердого тела. М.: ВИНИТИ, 1983. - Т.15. - С.3-68.

26. Жовнер Б.А. Основные особенности формования профильных изделий методом пултрузии //Межотраслевой научн.-технич. сборник: Ресурсосберегающие процессы, оборудование, материалы. М.: ВИМИ, 1992, №2 - С. 65.

27. Заболоцкий А.А., Варшавский В.Я. Композиционные материалы. Т.2 // Итоги науки и техники. М.: ВИНИТИ, 1984. - 104с.

28. Замула Г.Н., Иерусалимский К.М. Устойчивость и термоустойчивость цилиндрических конструкций. Ученые записки ЦАГИ. 1987. Т. 18. N6. - С.60-73.

29. Зиновьев П.А. Термостабильные структуры многослойных композитов // Механика конструкций из композиционных материалов: Сборник научных статей / Под. ред. В.Д. Протасова. Вып.1. - М.: Машиностроение, 1992. - С. 193207.

30. Зиновьев П.А. Прочностные, термоупругие и диссипативные характеристики композитов // Композиционные материалы: Справочник / под ред. В.В.Васильева, Ю.М.Тарнопольского.- М.: Машиностроение, 1990.- С. 232267.

31. Зиновьев П.А. Расчет конструкций из композиционных материалов: Учебное пособие. -^Л.: МВТУ им. Н. Э. Баумана, 1982. 63с.

32. Зиновьев П.А. Термоупругость многослойных гибридных армированных материалов // Применение пластмасс в машиностроении. Труды МВТУ.- М.: Изд-во МВТУ, 1989.- С. 29-40.

33. Зиновьев П.А., Смердов А.А. Предельные возможности многослойных композитных структур // Известия РАН. Механика твердого тела.- 1994.- № 1.-С. 7-17.

34. Карпов Я.С. Аналитический метод оптимизации конструкций из композиционных материалов при нескольких расчетных случаях нагружения //

35. Вопросы оптимизации тонкостенных силовых конструкций: Тематич.сб.научн.трудов. Харьков, 1977. - С.27-32.

36. Карпинос Д.М., Тучинский Л.И., Миротникова Т.К., Вишняков Л.Р. Расчет термического расширения армированных металлов // Порошковая металлургия.- 1974.-№ 1.- С. 80-84.

37. Колесников Л.А., Гайдачук В.Е. Инженерная методика расчета стеклопластиковых конструкций// Полимеры в машиностроении. Харьков: изд. ХГУ, 1970. - Т.6. - С.143-146.

38. Колпаков А.Г. Проектирование волокнистых композитов с заданными деформативно-прочностными характеристиками// Прикладная механика и техн. физика. 1995. Т. 36, №5.-С. 113-123.

39. Композиционные материалы в конструкции летательных аппаратов/ Под ред. А.Л. Абибова. М.: Машиностроение, 1975. - 272с.

40. Композиционные материалы в технике/ Д.М. Карпинос, Л.И. Тучинский, А.Б. Сапожникова и др. Киев: Техшка, 1985.- 152с.

41. Композиционные материалы: Справочник:/В.В. Васильев, В.Д. Протасов, В.В. Болотин и др.; Под общ. ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского М.: Машиностроение, 1990. - 512с.

42. Композиционные материалы: Справочник/ Под ред. Д.М. Карпинрса. -Киев: Наукова думка, 1985. 592с.

43. Композиционные материалы./ Под ред. Л. Браутмана и Р. Крока. Т.2. Механика композиционных материалов. М.: Мир, 1978. - 566с.

44. Композиционные материалы. / Под ред. Л. Браутмана и Р. Крока. Т.З. Применение композиционных материалов в технике. М.: Машиностроение, 1978.-510с.

45. Композиционные материалы. / Под ред. JI. Браутмана и Р. Крока. Т.5. Разрушение и усталость/ Под ред. JI. Браутмана. Пер. с англ./ Под ред Г.П. Черепанова. М.: Мир, 1978. - 486с.

46. Композиционные материалы./ Под ред. JI. Браутмана и Р. Крока. Тома 7 и 8. Анализ и проектирование конструкций. М.: Машиностроение, 1978.

47. Кравчук А.С., Майборода В.П., Уржумцев Ю.С. Механика полимерных и композиционных материалов: Экспериментальные и численные методы. Учеб.пособие для вузов. М.: Наука, 1985. - 304с.

48. Куликов Ю.А. Анализ напряженно-деформированного состояния образца тонкостенного трубопровода с начальными технологическими отклонениями// Проблемы машиностр. и надежн. машин. 1996. - №5. С. 86-92.

49. Куликов Ю.А., Лоскутов Ю.В. Размеростабильные конструкции цилиндрических сосудов и трубопроводов из многослойных композитов // Механика композитных материалов и конструкций. 2000. - Т.6, № 2. - С.181— 192.

50. Лохов А.А. Изготовление углепластиковых стержневых элементов для ферменных конструкций космических летательных аппаратов // Конструкции из композиционных материалов, 2004, выпуск 1. С. 13-16.

51. Малинин Н.И. Некоторые вопросы механики композитных материалов и конструкций из них. // Механика композитных материалов. 1979. - N5. - С.784-789.

52. Мельников Н.В., Гурвич М.Р. Влияние нестабильности структуры и строения на закономерности термического расширения слоистых армированных пластиков. Конструкции из композиционных материалов, 1994, №2. - С. 58-64.

53. Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов. Справочное пособие в 3-х томах./ Под общей ред. чл.-корр. АН СССР А.Т.Туманова. Т.З. Методы исследования неметаллических материалов./

54. Под ред. Паншина Б.И., Перова Б.В. и Шарова М.Я. М.: Машиностроение, 1973.-284с.

55. Молодцов Г.А., Биткин В.Е., Симонов В.Ф., Урмансов Ф.Ф. Форомостабильные и интеллектуальные конструкции из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 2000. - 352 с.

56. Победря Б.Е. Механика композиционных материалов. М.: МГУ, 1984. -336с.

57. Поведение конструкций из композиционных материалов. Винсон Ж.Р., Сираковский P.J1. Под ред. Васильева В.В., Митина Б.С. М.: Металлургия, 1991.-264

58. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1978.-744с.

59. Скудра A.M., Сбитнев О.В. Температурная зависимость коэффициентов линейного термического расширения армированных пластиков // Механика композитных материалов: Сб. трудов.- Рига: Изд-во РПИ, 1982.- С. 12-24.

60. Скудра A.M., Сбитнев О.В. Термическое разрушение армированных пластиков // Механика композитных материалов: Сб. трудов.- Рига: Изд-во РПИ,1986.-С. 4-14.

61. Справочник по композиционным материалам: В 2-х кн. Кн.2 / Под ред. Дж. Любина, Пер. с англ. А.Б.Геллера и др., Под ред. Б.Э.Геллера. М.: Машиностроение, 1988.-584с.

62. Суханов А.В., Лапоткин В.А., Артемчук В.А., Соболь Л.А. Термическое деформирование композитов для размеростабильных конструкций // Механика композитных материалов, 1990, №1. С. 599-604.

63. Термоустойчивость пластиков конструкционного назначения / Под редакцией Е.Б. Тростянской. М.: Химия, 1980. - 240 с.

64. Томашевский В.Т. Теория технологических деформаций и напряжений в армированных полимерах // Актуальные проблемы авиационной науки и техники. М.: Машиностроение, 1984. - С.205-218.

65. Углеродные волокна / Под ред. С.Симамуры. Пер. с японск.- М.: Мир,1987.-304с. r }

66. Холидей Л., Робинсон Дж. Тепловое расширение полимерных композиционных материалов // Промышленные полимерные композиционные материалы / под. ред. М. Ричардсона. М.: Химия, 1980.- С. 241-283.

67. Хорошун Л.П., Солтанов Н.С. Термоупругость двухкомпонентных смесей.- Киев: Наукова думка, 1984.- 110 с.

68. Цыплаков О.Г. Конструирование изделий из композиционно -волокнистых материалов. JI.: Машиностроение, 1984. - 140с.

69. Шатров А.К. Методы и критерии механики деформирования прецизионных конструкций космических аппаратов. / Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Красноярск, 1996, - 86 с.

70. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений. Справочное пособие/ Касаткин Б.С., Кудрин А.Б., Лобанов Л.М. и др. Киев: Наукова думка, 1981. - 583с.

71. UniCAD. Unidirectional Composite Analyser & Designer. Версия 1.30: Теоретические основы //М.: Институт композитных технологий, 1996.

72. Ashok К. Vinjal, Donuld F. Specer, Erik W. Rahnenfuehrer, Barry E. Pickett, Paul F. Maloney^ Design and fabrication of higt quality grapljite/epoxy braided composite tubes for spase structures // 35th International SAMPE Symposium, 2-5 April 1990.

73. Babel H.W., Shumate T.P., Thompson D.F. Microcrack Resistant Structural Composite Tubes for Space Application. In: Proceedings of the 18th National SAMPE Conference, October 7-9, 1986, pp 429-439.

74. Barynin Vyacheslav A., Bunakov Vladimir A., Rasin Alexandr F., Vasiliev Valery V. Aerospace composite lattice structures // Proc. of the 12th ICCM Europe Int. Conf. on Composite Materials, Paris, France, July 1999. 10 p.

75. Bert C.W., Francis P.H. Composite material mechanis: thermoelastic micromechanics. // Trans. New York Acad. Sci.- 1974.- Vol. 36, N.7.- P. 663-674.

76. Bowles D.E., Tenney D.R. Composite tubes for the space station truss structures // SAMPE Journal.-1987.- Vol. 23, N. 3.- P. 49-57.

77. Chou, T-W. Microstructural design of fiber composites.- Cambridge: Cambridge University Press, 1992.

78. Cohen D., Hyer M.W., Tompkins S.S. The Effect of Thermal Cycling on Matrix Cracking and Stiffness Changes in Composite Tubes. In: Proceedings of the 16th National SAMPE Conference, October 9-11, 1984, pp 577-588.

79. Design of Dimensionally Stable Structures: Chapter 28 // Structural Materials Handbook. Vol. 1 Polymer Composites: Section VI - Design of Structures, ESA PSS-03-203, April 1995.

80. Dursch Harry W., Hendricks Carl L. Protective coatings for composite tubes is space applications // SAMPE Quarterly, Octorer 1987, Volume 19, No 1. P. 14-18.

81. Helwig G. Highly Dimensional Stable Composite Structures // Internationa^ Workshop on Advanced Materials for High Precision Detectors Archamps, Haute-Savoie, France, 28-30 September 1994. - CERN 94-07,25 october 1994. - P.33-38.

82. Jurcevich B.K., Bruner M.E. Use of Graphite Epoxy Composites in the Solar-A Soft X-Ray Telescope // SPIE Proceedings: Advances in Optical Structure Systems, 16-19 April 1990, Volume 1303, ISBN 08194-0354-7. P. 406-415.

83. Garibotti J.F., Reck R.J., Cwierthy A.J. Composites for large space structures // Acta Astronautica.- 1978.- Vol. 5, N. 10.- P. 899-916.

84. Ginty C.A., Endres N.M. Composite space antenna structures: Properties andenvironmental effects // SAMPE Journal.- 1987.- Vol. 23, N. 3.- P. 59-66.

85. Pruntly J. Dimensionally stable graphite composites for special structures // SAMPE Quartely.- 1978.- Vol. 9, N 2- P. 41 -51.

86. Raghava R.S. Thermal expansion of organic and inorganic matrix composites: A rewiew of theoretical and experimental studies // Polymer composites.- 1988.- Vol. 9, N. l.-P. 899-916.

87. Rogers K.F., Phillips L.N., Kingston-Lee D.M. The thermal expansion of carbon fibre reinforced plastics//J. Material Science.- 1977.-Vol. 12-P. 718-734.

88. Schapery R.A. Thermal expansion coefficients of composite materials based on energy principes // J. Composite Materials.- 1968.- Vol. 2- P. 380.

89. Smith D.D. Designe considerations for graphite-epoxy laminates of low thermal expansivity//US commercial NBS Spec. Publ.- N 563, 1979.- P.60-71.

90. Telkamp A.R., Derby E.A. Design Considerations for Composite Materials ?used in the Mars Observer Camera // SPIE Proceedings: Advances in Optical Structure Systems, 16-19 April 1990, Volume 1303, ISBN 08194-0354-7. P. 416-436.

91. Tsai S.W., Hahn H.T. Introduction to composite materials.- Stamford: Technomic Publishing Co., 1980.

92. Zinoviev P.A., Smerdov A.A. General Composite Analyzer & Designer: GeCAD 1.3. Complete software Package with User's manual. Technomik Publishing Co., Inc. - Lancaster-Basel, 1994.

93. Zinoviev P.A, Smerdov A.A. Optimal Design of Composite Bars for Space Truss Systems // Optimal Design: Theory and Applications to Materials and Structures

94. Vasiliev VV, Gurdal Z, editors.- Technomic Publishing Co., Inc.- Lancaster-Basel, 1999.- pp. 277-314

95. Woods A.A., Kural M. Considerations on the use of graphite-reinforced plastics for space erectable antennas // AIAA 7th Commun. Satel. Systems Conf.-1978.- P. 423-432.