Dynamic Processes During the Through-plastic-damper Shock Interaction of Rocket Fairing Separation System Components

Dynamic Processes During the Through-plastic-damper Shock Interaction of Rocket Fairing Separation System Components

This article deals with the actual issues of ensuring the dynamic strength of rocketry components using pyrotechnics. It studies the shock interaction of rocket fairing pyrotechnic separation system components during the second phase of the system operation at so-called capturing. The contacting of...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2018
Автори: Zaytsev, Boris F., Asayеnok, Aleksandr V., Protasova, Tatyana V., Klimenko, Dmitriy V., Akimov, Dmitriy V., Sirenko, Vladimir N.
Формат: Стаття
Мова:English
Russian
Опубліковано: Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2018
Теми:
fairing
separation system
impact
stress
contact
damper
plasticity
UDC 539.3
629.7
Онлайн доступ:https://journals.uran.ua/jme/article/view/144164
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Journal of Mechanical Engineering

Репозитарії

Journal of Mechanical Engineering
id journalsuranuajme-article-144164
record_format ojs
institution Journal of Mechanical Engineering
baseUrl_str
datestamp_date 2018-10-11T16:04:49Z
collection OJS
language English
Russian
topic fairing
separation system
impact
stress
contact
damper
plasticity
UDC 539.3
629.7
spellingShingle fairing
separation system
impact
stress
contact
damper
plasticity
UDC 539.3
629.7
Zaytsev, Boris F.
Asayеnok, Aleksandr V.
Protasova, Tatyana V.
Klimenko, Dmitriy V.
Akimov, Dmitriy V.
Sirenko, Vladimir N.
Dynamic Processes During the Through-plastic-damper Shock Interaction of Rocket Fairing Separation System Components
topic_facet fairing
separation system
impact
stress
contact
damper
plasticity
UDC 539.3
629.7
обтекатель
система отделения
удар
напряжения
контакт
демпфер
пластичность
УДК 539.3
629.7
обтічник
система відділення
удар
напруження
контакт
демпфер
пластичність
УДК 539.3
629.7
format Article
author Zaytsev, Boris F.
Asayеnok, Aleksandr V.
Protasova, Tatyana V.
Klimenko, Dmitriy V.
Akimov, Dmitriy V.
Sirenko, Vladimir N.
author_facet Zaytsev, Boris F.
Asayеnok, Aleksandr V.
Protasova, Tatyana V.
Klimenko, Dmitriy V.
Akimov, Dmitriy V.
Sirenko, Vladimir N.
author_sort Zaytsev, Boris F.
title Dynamic Processes During the Through-plastic-damper Shock Interaction of Rocket Fairing Separation System Components
title_short Dynamic Processes During the Through-plastic-damper Shock Interaction of Rocket Fairing Separation System Components
title_full Dynamic Processes During the Through-plastic-damper Shock Interaction of Rocket Fairing Separation System Components
title_fullStr Dynamic Processes During the Through-plastic-damper Shock Interaction of Rocket Fairing Separation System Components
title_full_unstemmed Dynamic Processes During the Through-plastic-damper Shock Interaction of Rocket Fairing Separation System Components
title_sort dynamic processes during the through-plastic-damper shock interaction of rocket fairing separation system components
title_alt Динамические процессы при ударном взаимодействии элементов системы отделения обтекателя ракеты через пластический демпфер
Динамічні процеси при ударній взаємодії елементів системи відділення обтічника ракети через пластичний демпфер
description This article deals with the actual issues of ensuring the dynamic strength of rocketry components using pyrotechnics. It studies the shock interaction of rocket fairing pyrotechnic separation system components during the second phase of the system operation at so-called capturing. The contacting of the system components occurs through a viscoelastic damper. The damper is installed between a movable part and a fixed one to 'attenuate' impact due to plastic deformation. The damper acts as a one-way connector − it limits compression and does not prevent separation. The whole structure is assumed to be elastic, and plastic deformation is concentrated in the damper. The mechanical model is represented as a combination of elastic elements and a nonlinear damper. The technique of taking into account the nonlinearity of a damper is based on the introduction of variable boundary forces on the damper ends. In the case of plastic compressive deformations, boundary forces increase the deformation, restrained by elastic forces, and when the contact disrupts (separation), they completely compensate the stresses in the damper model, nullifying them. A three-dimensional computational model of the fairing assembly composite design is constructed. The damper is presented in the form of a continuous thin ring. The finite element method is used. The calculation of the structural dynamics with respect to time is carried out by the Wilson finite-difference method. Verification of the technique on the test problem with the known wave solution is carried out. Calculation studies of the dynamic stress state at different impact speeds for damper variants with different plastic stiffness are performed: steel elastic (damper without holes, 'rigid', for comparison); initial (damper with holes, plastic, soft) and rational (damper with a selected characteristic of rigidity). It is shown that the initial damper is inefficient due to insufficient rigidity. The characteristics of plastic stiffness are determined, under which dynamic stresses are significantly reduced in relation to the initial structure. The maximum dynamic stresses in the pyrotechnic separation system of the fairing with rational dampers strongly depend on the impact speed. At significant speeds, they exceed the plasticity limit. A more precise formulation of the 'catch-up' task should be carried out taking into account the plasticity in the entire structure.
publisher Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
publishDate 2018
url https://journals.uran.ua/jme/article/view/144164
work_keys_str_mv AT zaytsevborisf dynamicprocessesduringthethroughplasticdampershockinteractionofrocketfairingseparationsystemcomponents
AT asayenokaleksandrv dynamicprocessesduringthethroughplasticdampershockinteractionofrocketfairingseparationsystemcomponents
AT protasovatatyanav dynamicprocessesduringthethroughplasticdampershockinteractionofrocketfairingseparationsystemcomponents
AT klimenkodmitriyv dynamicprocessesduringthethroughplasticdampershockinteractionofrocketfairingseparationsystemcomponents
AT akimovdmitriyv dynamicprocessesduringthethroughplasticdampershockinteractionofrocketfairingseparationsystemcomponents
AT sirenkovladimirn dynamicprocessesduringthethroughplasticdampershockinteractionofrocketfairingseparationsystemcomponents
AT zaytsevborisf dinamičeskieprocessypriudarnomvzaimodejstviiélementovsistemyotdeleniâobtekatelâraketyčerezplastičeskijdempfer
AT asayenokaleksandrv dinamičeskieprocessypriudarnomvzaimodejstviiélementovsistemyotdeleniâobtekatelâraketyčerezplastičeskijdempfer
AT protasovatatyanav dinamičeskieprocessypriudarnomvzaimodejstviiélementovsistemyotdeleniâobtekatelâraketyčerezplastičeskijdempfer
AT klimenkodmitriyv dinamičeskieprocessypriudarnomvzaimodejstviiélementovsistemyotdeleniâobtekatelâraketyčerezplastičeskijdempfer
AT akimovdmitriyv dinamičeskieprocessypriudarnomvzaimodejstviiélementovsistemyotdeleniâobtekatelâraketyčerezplastičeskijdempfer
AT sirenkovladimirn dinamičeskieprocessypriudarnomvzaimodejstviiélementovsistemyotdeleniâobtekatelâraketyčerezplastičeskijdempfer
AT zaytsevborisf dinamíčníprocesipriudarníjvzaêmodííelementívsistemivíddílennâobtíčnikaraketičerezplastičnijdempfer
AT asayenokaleksandrv dinamíčníprocesipriudarníjvzaêmodííelementívsistemivíddílennâobtíčnikaraketičerezplastičnijdempfer
AT protasovatatyanav dinamíčníprocesipriudarníjvzaêmodííelementívsistemivíddílennâobtíčnikaraketičerezplastičnijdempfer
AT klimenkodmitriyv dinamíčníprocesipriudarníjvzaêmodííelementívsistemivíddílennâobtíčnikaraketičerezplastičnijdempfer
AT akimovdmitriyv dinamíčníprocesipriudarníjvzaêmodííelementívsistemivíddílennâobtíčnikaraketičerezplastičnijdempfer
AT sirenkovladimirn dinamíčníprocesipriudarníjvzaêmodííelementívsistemivíddílennâobtíčnikaraketičerezplastičnijdempfer
first_indexed 2025-07-17T11:55:27Z
last_indexed 2025-07-17T11:55:27Z
_version_ 1850411611572928512
spelling journalsuranuajme-article-1441642018-10-11T16:04:49Z Dynamic Processes During the Through-plastic-damper Shock Interaction of Rocket Fairing Separation System Components Динамические процессы при ударном взаимодействии элементов системы отделения обтекателя ракеты через пластический демпфер Динамічні процеси при ударній взаємодії елементів системи відділення обтічника ракети через пластичний демпфер Zaytsev, Boris F. Asayеnok, Aleksandr V. Protasova, Tatyana V. Klimenko, Dmitriy V. Akimov, Dmitriy V. Sirenko, Vladimir N. fairing separation system impact stress contact damper plasticity UDC 539.3 629.7 обтекатель система отделения удар напряжения контакт демпфер пластичность УДК 539.3 629.7 обтічник система відділення удар напруження контакт демпфер пластичність УДК 539.3 629.7 This article deals with the actual issues of ensuring the dynamic strength of rocketry components using pyrotechnics. It studies the shock interaction of rocket fairing pyrotechnic separation system components during the second phase of the system operation at so-called capturing. The contacting of the system components occurs through a viscoelastic damper. The damper is installed between a movable part and a fixed one to 'attenuate' impact due to plastic deformation. The damper acts as a one-way connector − it limits compression and does not prevent separation. The whole structure is assumed to be elastic, and plastic deformation is concentrated in the damper. The mechanical model is represented as a combination of elastic elements and a nonlinear damper. The technique of taking into account the nonlinearity of a damper is based on the introduction of variable boundary forces on the damper ends. In the case of plastic compressive deformations, boundary forces increase the deformation, restrained by elastic forces, and when the contact disrupts (separation), they completely compensate the stresses in the damper model, nullifying them. A three-dimensional computational model of the fairing assembly composite design is constructed. The damper is presented in the form of a continuous thin ring. The finite element method is used. The calculation of the structural dynamics with respect to time is carried out by the Wilson finite-difference method. Verification of the technique on the test problem with the known wave solution is carried out. Calculation studies of the dynamic stress state at different impact speeds for damper variants with different plastic stiffness are performed: steel elastic (damper without holes, 'rigid', for comparison); initial (damper with holes, plastic, soft) and rational (damper with a selected characteristic of rigidity). It is shown that the initial damper is inefficient due to insufficient rigidity. The characteristics of plastic stiffness are determined, under which dynamic stresses are significantly reduced in relation to the initial structure. The maximum dynamic stresses in the pyrotechnic separation system of the fairing with rational dampers strongly depend on the impact speed. At significant speeds, they exceed the plasticity limit. A more precise formulation of the 'catch-up' task should be carried out taking into account the plasticity in the entire structure. Статья посвящена актуальным вопросам обеспечения динамической прочности элементов ракетной техники при использовании пиротехнических средств. Исследуется ударное взаимодействие узлов пиротехнической системы отделения обтекателя ракеты во второй фазе работы системы при так называемом «подхватывании». Контактирование узлов системы происходит через упруго-пластический демпфер. Демпфер устанавливается между подвижной и неподвижной частями для «смягчения» удара за счет пластической деформации. Демпфер выполняет роль односторонней связи – ограничивает сжатие и не препятствует отрыву. Принимается, что конструкция в целом упругая, а пластическое деформирование сосредоточено в демпфере. Механическая модель представляется в виде комбинации упругих элементов и нелинейного демпфера. Методика учета нелинейности демпфера построена на введении переменных граничных сил по торцам демпфера. При пластических деформациях сжатия граничные силы увеличивают деформацию, сдерживаемую упругими силами, а при нарушении контакта (отрыве) – полностью компенсируют напряжения в модели демпфера, обнуляя их. Построена трехмерная расчетная модель составной конструкции обтекателя в сборе. Демпфер представляется в виде сплошного тонкого кольца. Используется метод конечных элементов. Расчет динамики конструкции по времени выполняется конечно-разностным методом Вильсона. Проведена верификация методики на тестовой задаче с известным волновым решением. Выполнены расчетные исследования динамического напряженного состояния при различных скоростях удара для вариантов демпфера с разной пластической жесткостью: стальной упругий (демпфер без отверстий, «жесткий», для сравнения); исходный (демпфер с отверстиями, пластичный, мягкий) и рациональный (демпфер с подобранной характеристикой жесткости). Показано, что исходный демпфер неэффективен из-за недостаточной жесткости. Определены характеристики пластической жесткости, при которых динамические напряжения значительно снижены по отношению к исходной конструкции. Максимальные динамические напряжения в пиротехнической системе отделения обтекателя с рациональными демпферами сильно зависят от скорости удара. При значительных скоростях они превосходят предел пластичности. Более точную постановку задачи «подхватывания» следует выполнить с учетом пластичности во всей конструкции. Статтю присвячено актуальним питанням забезпечення динамічної міцності елементів ракетної техніки під час використання піротехнічних засобів. Досліджується ударна взаємодія вузлів піротехнічної системи відділення обтічника ракети в другій фазі роботи системи за так званого «підхоплення». Контактування вузлів системи відбувається через пружно-пластичний демпфер. Демпфер встановлюється між рухомою та нерухомою частинами для «пом’якшення» удару за рахунок пластичної деформації. Демпфер виконує роль одностороннього зв’язку – обмежує стискання та не перешкоджає відриву. Приймається, що конструкція в цілому є пружною, а пластичне деформування зосереджене в демпфері. Механічна модель подається у вигляді комбінації пружних елементів й нелінійного демпфера. Методика врахування нелінійності демпфера побудована на введенні змінних граничних сил торцями демпфера. За пластичних деформацій стискання граничні сили збільшують деформацію, яка стримується пружними силами, а у разі порушення контакту – відриву – повністю компенсують напруження в моделі демпфера, занулюючи їх. Побудовано тривимірну розрахункову модель складеної конструкції обтічника в зборі. Демпфер подається у вигляді суцільного тонкого кільця. Використовується метод скінченних елементів. Розрахунок динаміки конструкції за часом виконується скінченно-різницевим методом Вільсона. Проведено верифікацію методики на тестовій задачі з відомим хвильовим розв’язком. Виконано розрахункові дослідження динамічного напруженого стану за деяких швидкостей удару для варіантів демпфера з різною пластичною жорсткістю: сталевого пружного (демпфер без отворів, «жорсткий», для порівняння); первинного (демпфер з отворами, пластичний, м’який) та раціонального (демпфер з підібраною характеристикою жорсткості). Показано, що первинний демпфер не є ефективним внаслідок недостатньої жорсткості. Визначені характеристики пластичної жорсткості, за яких динамічні напруження значно знижені відносно первинної конструкції. Максимальні динамічні напруження в піротехнічній системі відділення обтічника з раціональними демпферами сильно залежать від швидкості удару. За значних швидкостей вони перевищують границю пластичності. Більш точну постановку задачі «підхоплення» слід виконати з урахуванням пластичності у всій конструкції. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2018-10-11 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/144164 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 21 No. 3 (2018); 19-30 Проблемы машиностроения; Том 21 № 3 (2018); 19-30 Проблеми машинобудування; Том 21 № 3 (2018); 19-30 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/144164/142090 https://journals.uran.ua/jme/article/view/144164/142072 Copyright (c) 2018 Boris F. Zaytsev, Aleksandr V. Asayеnok, Tatyana V. Protasova, Dmitriy V. Klimenko, Dmitriy V. Akimov, Vladimir N. Sirenko https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0

Схожі ресурси