ОСОБЛИВОСТІ РОЗРАХУНКУ МІЦНОСТІ БОЛТОВИХ З’ЄДНАНЬ ВІДСІКІВ РАКЕТ-НОСІЇВ
DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.03.003 This work is devoted to the study of the features of the deformation of bolted flange connections of launch vehicle compartments and the determination of failure loads thereon. The goal of the work is to study problematic issues of the correct choice of a...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
текст 3
2025
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/136 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Technical Mechanics |
Institution
Technical Mechanics| id |
oai:ojs2.journal-itm.dp.ua:article-136 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Technical Mechanics |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-11-10T21:18:53Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
фланцеве з’єднання відсік ракети-носія шпангоут розрахункова схема. |
| spellingShingle |
фланцеве з’єднання відсік ракети-носія шпангоут розрахункова схема. HUSEV, V. V. DZIUBA, A. P. KLYMENKO, D. V. SIRENKO, V. M. ОСОБЛИВОСТІ РОЗРАХУНКУ МІЦНОСТІ БОЛТОВИХ З’ЄДНАНЬ ВІДСІКІВ РАКЕТ-НОСІЇВ |
| topic_facet |
фланцеве з’єднання відсік ракети-носія шпангоут розрахункова схема. flange connection launch vehicle compartment frame analytical model. |
| format |
Article |
| author |
HUSEV, V. V. DZIUBA, A. P. KLYMENKO, D. V. SIRENKO, V. M. |
| author_facet |
HUSEV, V. V. DZIUBA, A. P. KLYMENKO, D. V. SIRENKO, V. M. |
| author_sort |
HUSEV, V. V. |
| title |
ОСОБЛИВОСТІ РОЗРАХУНКУ МІЦНОСТІ БОЛТОВИХ З’ЄДНАНЬ ВІДСІКІВ РАКЕТ-НОСІЇВ |
| title_short |
ОСОБЛИВОСТІ РОЗРАХУНКУ МІЦНОСТІ БОЛТОВИХ З’ЄДНАНЬ ВІДСІКІВ РАКЕТ-НОСІЇВ |
| title_full |
ОСОБЛИВОСТІ РОЗРАХУНКУ МІЦНОСТІ БОЛТОВИХ З’ЄДНАНЬ ВІДСІКІВ РАКЕТ-НОСІЇВ |
| title_fullStr |
ОСОБЛИВОСТІ РОЗРАХУНКУ МІЦНОСТІ БОЛТОВИХ З’ЄДНАНЬ ВІДСІКІВ РАКЕТ-НОСІЇВ |
| title_full_unstemmed |
ОСОБЛИВОСТІ РОЗРАХУНКУ МІЦНОСТІ БОЛТОВИХ З’ЄДНАНЬ ВІДСІКІВ РАКЕТ-НОСІЇВ |
| title_sort |
особливості розрахунку міцності болтових з’єднань відсіків ракет-носіїв |
| title_alt |
FEATURES OF THE STRENGTH ANALYSIS OF BOLTED CONNECTIONS BETWEEN LAUNCH VEHICLE COMPARTMENTS |
| description |
DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.03.003
This work is devoted to the study of the features of the deformation of bolted flange connections of launch vehicle compartments and the determination of failure loads thereon. The goal of the work is to study problematic issues of the correct choice of an analytical model for flange connections of individual compartments. A method for determining the ultimate load on a bolted connection is presented. Finite element analysis methods were used. The calculations meet all the requirements adopted in the field of bolted connection strength standards. Relevant safety factors are also used. Account is taken of bolt thread stripping, unloading sleeve shearing, the bolt tightening force simulated by the introduction of corresponding temperature loads, and other connection member parameters. The results of full-scale destructive tests of the flange connection of the end frames of individual compartments are analyzed. A discrepancy between the calculated results and the test data is found out. It is shown that the discrepancy is due to an insufficiently correct consideration of the design features of the connections and the action of external loads, which led to additional components of eccentric tension-compression. It is demonstrated that the destructive load calculated with account for the “force lever” predictably proved to be smaller than that calculated in the assumption of a rigid frame and close to the full-scale test data. The article also presents the results of a numerical finite element study of the sensitivity of calculated results to variations in the principal bult connection parameters: the bolt tightening forces, the unloading sleeve diameter, the constructive offset of the bolt axes to the middle surface of the compartment shell, etc. The results obtained may be useful as a scientific and methodological basis for the correct choice of analytical models for flange connections of launch vehicle compartments.
REFERENCES
1. Balabukh L. I., Alfutov N. A., Usyukin V. I. Structural Mechanics of Rockets. Moscow: Vysshaya Shkola, 1984. 496 pp. (In Russian).
2. Beitsun V. S., Dziuba A. P. Experimental study of the flexibility of flange connections in a space manipulator model. Problems of Computational Mechanics and Strength of Structures. 2024. Iss. 38. Pp. 5–19. (In Ukrainian).
3. Beitsun V. S., Tarasov S.V. Methodology for photogrammetric measurement of backlashes and elastic compliances in hinge joints of transport manipulators and spacecraft booms Teh. Meh. 2024. No. 3. Pp. 124–137. (In Ukrainian).https://doi.org/10.15407/itm2024.03.124
4. Bondarenko D., Krivoruchko A., Khorolskiy P. The development of effective systems for connecting and separating of compartments. Journal of Rocket-Space Technology. 2020. No. 28(4). Pp. 14–20. (In Ukrainian).https://doi.org/10.15421/452002
5. Degtyarev A. V. Rocket Technology. Problems and Prospects. Dnipropetrovsk: ART-PRESS, 2014. 420 pp. (In Russian).
6. Dziuba A. P., Dziuba O. A., Sirenko V. M. Investigation of the sensitivity of the results of calculating the strength of structural elements to variations in input data. Problems of Computational Mechanics and Strength of Structures. 2024. Iss. 39. (In Ukrainian).
7. Lizin V. T., Pyatkin V. A. Design of Thin-Walled Structures. Moscow: Mashinostroyeniye, 1976. 408 p. (In Russian).
8. Manko T. A., Litot A. V. Use of modern software packages in the design and manufacture of carbon fiber propellant tank flanges. System Design and Performance Analysis of Aerospace Hardware. Dnipro: Lira, 2019. Pp. 90–94.
9. Mikulnyk I. O., Karvatskyi A. Ya., Ivanenko O. I., Leleka S. V. Flange connections of equipment and pipelines of chemical technology. Bulletin of NTUU "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute". Series: Chemical Engineering, Ecology and Resource Conservation. 2023. No. 2(22). Pp. 15–31. (In Ukrainian).
10. Mossakovsky V. I., Makarenkov A. G., Nikitin P. I., Savvin Yu. I., Spiridonov I. N. Strength of Rocket Structures. Moscow: Vysshaya Shkola, 1990. 360 pp. (In Russian).
11. Kharchenko V. Modeling and determination of the stress state of joints of rocket structures made of composite materials. Applied Problems of Mechanics and Mathematics, 2017. Iss. 15. Pp. 185–190. (In Ukrainian).
12. Kharchenko V., Klymenko D. Stress loading of rocket joints taking into account the structural features of adjacent compartments. Applied Problems of Mechanics and Mathematics. 2019. Iss.17. P. 98–104. (In Ukrainian).https://doi.org/10.15407/apmm2019.17.98-104
13. Dzyuba A., SirenkoV. Substantiation of reliability of calculation of strength of rocket and space technology structures without destructive tests. Advances in Mechanics. Current Research Results of the NAS of Ukraine. Chapter 12. A.N. Guz, H. Altenbach, V. Bogdanov, V. M. Nazarenko (Eds.). Cham: Springer, 2023. Pp. 212–222.https://doi.org/10.1007/978-3-031-37313-8_12
14. Zienkiewicz O. C., Taylor R. L., Zhu J. Z. The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals. Sixth edition. Butterworth-Heinemann, 2016. 753 pр.
|
| publisher |
текст 3 |
| publishDate |
2025 |
| url |
https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/136 |
| work_keys_str_mv |
AT husevvv featuresofthestrengthanalysisofboltedconnectionsbetweenlaunchvehiclecompartments AT dziubaap featuresofthestrengthanalysisofboltedconnectionsbetweenlaunchvehiclecompartments AT klymenkodv featuresofthestrengthanalysisofboltedconnectionsbetweenlaunchvehiclecompartments AT sirenkovm featuresofthestrengthanalysisofboltedconnectionsbetweenlaunchvehiclecompartments AT husevvv osoblivostírozrahunkumícnostíboltovihzêdnanʹvídsíkívraketnosíív AT dziubaap osoblivostírozrahunkumícnostíboltovihzêdnanʹvídsíkívraketnosíív AT klymenkodv osoblivostírozrahunkumícnostíboltovihzêdnanʹvídsíkívraketnosíív AT sirenkovm osoblivostírozrahunkumícnostíboltovihzêdnanʹvídsíkívraketnosíív |
| first_indexed |
2025-10-29T02:43:44Z |
| last_indexed |
2025-11-11T03:05:10Z |
| _version_ |
1851757051204599808 |
| spelling |
oai:ojs2.journal-itm.dp.ua:article-1362025-11-10T21:18:53Z FEATURES OF THE STRENGTH ANALYSIS OF BOLTED CONNECTIONS BETWEEN LAUNCH VEHICLE COMPARTMENTS ОСОБЛИВОСТІ РОЗРАХУНКУ МІЦНОСТІ БОЛТОВИХ З’ЄДНАНЬ ВІДСІКІВ РАКЕТ-НОСІЇВ HUSEV, V. V. DZIUBA, A. P. KLYMENKO, D. V. SIRENKO, V. M. фланцеве з’єднання; відсік ракети-носія; шпангоут; розрахункова схема. flange connection; launch vehicle compartment; frame; analytical model. DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.03.003 This work is devoted to the study of the features of the deformation of bolted flange connections of launch vehicle compartments and the determination of failure loads thereon. The goal of the work is to study problematic issues of the correct choice of an analytical model for flange connections of individual compartments. A method for determining the ultimate load on a bolted connection is presented. Finite element analysis methods were used. The calculations meet all the requirements adopted in the field of bolted connection strength standards. Relevant safety factors are also used. Account is taken of bolt thread stripping, unloading sleeve shearing, the bolt tightening force simulated by the introduction of corresponding temperature loads, and other connection member parameters. The results of full-scale destructive tests of the flange connection of the end frames of individual compartments are analyzed. A discrepancy between the calculated results and the test data is found out. It is shown that the discrepancy is due to an insufficiently correct consideration of the design features of the connections and the action of external loads, which led to additional components of eccentric tension-compression. It is demonstrated that the destructive load calculated with account for the “force lever” predictably proved to be smaller than that calculated in the assumption of a rigid frame and close to the full-scale test data. The article also presents the results of a numerical finite element study of the sensitivity of calculated results to variations in the principal bult connection parameters: the bolt tightening forces, the unloading sleeve diameter, the constructive offset of the bolt axes to the middle surface of the compartment shell, etc. The results obtained may be useful as a scientific and methodological basis for the correct choice of analytical models for flange connections of launch vehicle compartments. REFERENCES 1. Balabukh L. I., Alfutov N. A., Usyukin V. I. Structural Mechanics of Rockets. Moscow: Vysshaya Shkola, 1984. 496 pp. (In Russian). 2. Beitsun V. S., Dziuba A. P. Experimental study of the flexibility of flange connections in a space manipulator model. Problems of Computational Mechanics and Strength of Structures. 2024. Iss. 38. Pp. 5–19. (In Ukrainian). 3. Beitsun V. S., Tarasov S.V. Methodology for photogrammetric measurement of backlashes and elastic compliances in hinge joints of transport manipulators and spacecraft booms Teh. Meh. 2024. No. 3. Pp. 124–137. (In Ukrainian).https://doi.org/10.15407/itm2024.03.124 4. Bondarenko D., Krivoruchko A., Khorolskiy P. The development of effective systems for connecting and separating of compartments. Journal of Rocket-Space Technology. 2020. No. 28(4). Pp. 14–20. (In Ukrainian).https://doi.org/10.15421/452002 5. Degtyarev A. V. Rocket Technology. Problems and Prospects. Dnipropetrovsk: ART-PRESS, 2014. 420 pp. (In Russian). 6. Dziuba A. P., Dziuba O. A., Sirenko V. M. Investigation of the sensitivity of the results of calculating the strength of structural elements to variations in input data. Problems of Computational Mechanics and Strength of Structures. 2024. Iss. 39. (In Ukrainian). 7. Lizin V. T., Pyatkin V. A. Design of Thin-Walled Structures. Moscow: Mashinostroyeniye, 1976. 408 p. (In Russian). 8. Manko T. A., Litot A. V. Use of modern software packages in the design and manufacture of carbon fiber propellant tank flanges. System Design and Performance Analysis of Aerospace Hardware. Dnipro: Lira, 2019. Pp. 90–94. 9. Mikulnyk I. O., Karvatskyi A. Ya., Ivanenko O. I., Leleka S. V. Flange connections of equipment and pipelines of chemical technology. Bulletin of NTUU "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute". Series: Chemical Engineering, Ecology and Resource Conservation. 2023. No. 2(22). Pp. 15–31. (In Ukrainian). 10. Mossakovsky V. I., Makarenkov A. G., Nikitin P. I., Savvin Yu. I., Spiridonov I. N. Strength of Rocket Structures. Moscow: Vysshaya Shkola, 1990. 360 pp. (In Russian). 11. Kharchenko V. Modeling and determination of the stress state of joints of rocket structures made of composite materials. Applied Problems of Mechanics and Mathematics, 2017. Iss. 15. Pp. 185–190. (In Ukrainian). 12. Kharchenko V., Klymenko D. Stress loading of rocket joints taking into account the structural features of adjacent compartments. Applied Problems of Mechanics and Mathematics. 2019. Iss.17. P. 98–104. (In Ukrainian).https://doi.org/10.15407/apmm2019.17.98-104 13. Dzyuba A., SirenkoV. Substantiation of reliability of calculation of strength of rocket and space technology structures without destructive tests. Advances in Mechanics. Current Research Results of the NAS of Ukraine. Chapter 12. A.N. Guz, H. Altenbach, V. Bogdanov, V. M. Nazarenko (Eds.). Cham: Springer, 2023. Pp. 212–222.https://doi.org/10.1007/978-3-031-37313-8_12 14. Zienkiewicz O. C., Taylor R. L., Zhu J. Z. The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals. Sixth edition. Butterworth-Heinemann, 2016. 753 pр. DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.03.003 Робота присвячена дослідженню особливостей деформування і визначенню критичних навантажень втрати міцності болтових фланцевих з’єднань відсіків ракет-носіїв. Метою роботи є дослідження проблемних питань коректного вибору розрахункової схеми фланцевих з’єднань окремих відсіків. Викладена методика визначення граничного навантаження болтового з’єднання. Використовуються методи скінченно-елементного аналізу. В розрахунках виконані всі вимоги, прийняті в галузі норм міцності болтових з’єднань. Застосовані також відповідні коефіцієнти безпеки. Враховується зріз різьби болтів і розвантажувальних втулок, зусилля затяжки з’єднання, що імітується введенням відповідних температурних навантажень, та інші параметри елементів з’єднання. Аналізуються результати проведених руйнівних натурних випробувань фланцевого з’єднання торцевих шпангоутів окремих відсіків. Виявлена невідповідність результатів розрахунку і даних випробувань. Показано, що причини розбіжності обумовлені недостатньо коректним врахуванням конструктивних особливостей з’єднань і дії зовнішніх навантажень, що привело до появи додаткових складових позацентрового розтягу-стиску. Продемонстровано, що результат розрахунку руйнуючого навантаження з урахуванням “важеля сили” прогнозовано виявився меншим, ніж отриманий за розрахунковою схемою “жорсткий шпангоут”, і близьким до даних натурних випробувань. В статті подані також результати числового скінченно-елементного дослідження чутливості результатів розрахунку до варіювання основних параметрів болтового з’єднання: зусиль затяжки болтів, збільшення діаметра розвантажувальних втулок, конструктивного зміщення осів болтів до серединної поверхні оболонки відсіку тощо. Отримані результати можуть бути корисними як науково-методичне підґрунтя до коректного вибору розрахункових схем фланцевих з’єднань відсіків ракет-носіїв. ПОСИЛАННЯ 1. Балабух Л. И., Алфутов Н. А., Усюкин В. И. Строительная механика ракет. Москва: Высшая школа, 1984. 496 с. 2. Бейцун В. С., Дзюба А. П. Експериментальне дослідження податливості фланцевих з’єднань у моделі маніпулятора космічного призначення. Проблеми обчислювальної механіки і міцності конструкцій. Зб. наук. праць. 2024. Вип. 38. С 5–19. http://doi.org/10.15421/4224101 3. Бейцун В. С., Тарасов С. В. Методика фотограмметричного вимірювання люфтів та пружних податливостей в шарнірних вузлах транспортних маніпуляторів та штанг космічних апаратів. Технічна механіка. 2024. Вип. 3. С. 124–137. http://doi.org/10.15407/itm2024.03.124 4. Бондаренко Д. А. Криворучко А. Т., Хорольский П. Г. Розробка ефективних систем з’єднення і роз’єднання відсікв. Journal of Rocet-Spact Technology. 2020. № 28(4) C.14–20, http://doi.org/10.15421/452002 5. Дегтярёв А. В. Ракетная техника. Проблемы и перспективы. Днепр: АРТ-ПРЕСС. 2014. 420 с. 6. Дзюба А. П., Дзюба О. А., Сіренко В. М. Дослідження чутливості результатів розрахунку міцності елементів конструкцій до варіювання вхідних даних. Проблеми обчислювальної механіки і міцності конструкцій. Зб. Наук. праць. 2024. Вип. 39. 7. Лизин В. Т., Пяткин В. А. Проєктиривание тонкостенных конструкций. М.: Машиностроение, 1976. 408 с. 8. Манько Т. А., Литот А. В. Применение современних программних комплексов при проектировании и изготовлении фланцев топливного бака из углепластика. Системне проєктування та аналіз характеристик аерокосмічної техніки. Д.: Лира, 2019. С. 90–94. 9. Мікульник І. О., Карвацький А. Я., Іваненко О. І., Лелека С. В. Фланцеві з’єднання обладнання і трубопроводів хімічної технології. Вісник НТУУ «КПІ ім.. Ігоря Сікорського». Серія: Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження. 2023. № 2(22). С. 15–31. 10. Моссаковский В. И., Макаренков А. Г., Никитин П. И., Саввин Ю. И., Спиридонов И. Н. Прочность ракетных конструкций. М.: Высшая школа, 1990. 360 с. 11. Харченко В. Моделювання та визначення напруженого стану стиків ракетних конструкцій із композиційних матеріалів. Прикладні проблеми механіки і математики. 2017. Вип. 15. C. 185–190. 12. Харченко В., Клименко Д. Навантаженість стиків ракети з урахуванням особливостей конструкцій суміжних відсіків. Прикладні проблеми механіки і математики. 2019. Вип.17. C. 98–104. https://doi.org/10.15407/apmm2019.17.98-104 13. Dzyuba A., Sirenko V. Substantiation of Reliability of Calculation of Strength of Rocket and Space Technology Structures Without Destructive Tests/ Advances in Mechanics. Current Research Results of the NAS of Ukraine. Chapter 12. P. 212–222. https://doi.org/10.1007/978-3-031-37313-8_12 14. Zienkiewicz O. C., Taylor R. L., Zhu J. Z. The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals. Sixth edition. Butterworth-Heinemann, 2016. 753 р. текст 3 2025-10-28 Article Article application/pdf https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/136 Technical Mechanics; No. 3 (2025): Technical Mechanics; 3-8 Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины; № 3 (2025): Technical Mechanics; 3-8 ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА; № 3 (2025): ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА; 3-8 uk https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/136/49 Copyright (c) 2025 Technical Mechanics |