Данная работа посвящена исследованию нового перспективного композитного материала, на основе армирующего углеродного волокна и эпоксидного связующего, а также многокритериальной оптимизации конструкции композитного цилиндрического корпуса. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1) Изучение особенностей применяемых в мире материалов для синтеза цилиндрических корпусов, поиск алгоритмов оптимизации конструкций. Оценка прочностных и массовых показателей рассматриваемых конструкций. 2) Поиск перспективных композиционных материалов. 3) Обоснование выбора исследуемого материала. 4) Сбор данных для создания начального решения с помощью САЕ-модуля CAD системы. Синтез численной модели. 5) Многокритериальная оптимизация. 6) Анализ результатов и выявление рекомендаций. Работа проведена на базе АО «Концерн «МПО-Гидроприбор», где собиралась часть фактического материала: физико-механические свойства армирующих материалов и их связующих. Были проведены расчеты, показывающие наглядно массовые характеристики цилиндрического корпуса, запас прочности конструкции, а также запас деформируемости и потере устойчивости. Анализ проводился с помощью системы математического и численного моделирования, инженерного анализа и оптимизации проектных решений: САЕ-системы SolidWorks Simulation. В результате предложена принципиально новая оптимизированная конструкция типового цилиндрического корпуса, с улучшенными массовыми и прочностными показателями, в сравнении с эксплуатируемыми корпусами на сегодняшний день.

This work is devoted to research of a new perspective composite material, based on reinforcing carbon fiber and epoxy binder, and multi-criteria optimization of composite cylindrical body design. The tasks that were solved in the course of the research: 1) The study of the characteristics of the materials used in the world for the synthesis of cylindrical hulls, the search for algorithms for design optimization, the evaluation of the strength and mass parameters of the designs. 2) The search for promising composite materials. 3) The justification of the choice of the studied material. 4) The collection of the data for creating an initial solution with the help of the CAE-module of the CAD system, the creation of the numerical model. 5) Multi-criteria optimization. 6) Analysis of the results and identification of recommendations. The work was carried out on the basis of JSC "Concern "MPO-Hydropribor", where a part of factual material was collected: physical and mechanical properties of reinforcing materials and their binders. Calculations were performed to show mass characteristics of the cylindrical body, structural safety margin, as well as deformability margin and stability losses. The analysis was performed with the help of the system of mathematical and numerical modeling, engineering analysis and optimization of design solutions: CAE system SolidWorks Simulation. As a result, a fundamentally new optimized design of a typical cylindrical hull with improved mass and strength indicators will be proposed in comparison with the hulls that are operated today.

• ВВЕДЕНИЕ
  • ГЛАВА 1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
  • 1.1 Математические модели для расчетов и формирования целевых функций
  • ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
  • 2.1 Обзор исследований композитных цилиндрических корпусов и их прочностная оценка
    • 2.1.1 Расчетная оценка влияния глубины погружения с точки зрения прочности для корпуса глубоководного аппарата
  • 2.1.2 Методика проектирования цилиндрического корпуса из КМ на основе стеклометаллокомпозита
    • 2.1.3 Математическая модель цилиндрического корпуса
    • 2.1.4 Математическое моделирование формирования прочного корпуса глубоководных аппаратов из композитного материала
  • 2.1.5 Оптимизация конструкции композитного подводного цилиндрического прочного корпуса
  • 2.2 Выбор материала
  • 2.2.1 Главные требования, определяющие степень свойств волокнистых материалов
  • 2.2.2 Современные армирующие наполнители и их свойства
  • 2.3 Выводы по второй главе
  • ГЛАВА 3 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ВЫБОР КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И РАСЧЕТ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ И УСТОЙЧИВОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО КОРПУСА
  • 3.1 Обоснование выбора материла
  • 3.1.1 Метод анализа иерархий
    • 3.1.2 Вербальный анализ альтернатив
  • 3.2 Имитационное моделирование
  • 3.2.1 Постановка задачи МКЭ
    • 3.2.2 Инструменты проектирования
  • 3.2.3 Устойчивость
  • 3.2.4 Деформативность
  • 3.2.5 Прочность
  • 3.3 Выводы по третьей главе
  • ГЛАВА 4 МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ И ВЫБОР АЛЬТЕРНАТИВЫ
  • 4.1 Результаты расчета несущей способности цилиндрических оболочек
  • 4.2 Формирование множества альтернатив
  • 4.3 Метод главного критерия
  • 4.4 Метод Саати
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
• ПРИЛОЖЕНИЕ А МНОЖЕСТВО АЛЬТЕРНАТИВ
• ПРИЛОЖЕНИЕ Б РЕАЛИЗАЦИЯ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ И УСТОЙЧИВОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО КОРПУСА СРЕДСТВАМИ SOLIDWORKS SIMULATION
• ПРИЛОЖЕНИЕ В ЭКСПЕРИМЕНТ