vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"vestift-292Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕ, МЕХАНИКАMECHANICAL ENGINEERING AND MECHANICSОПТИМИЗАЦИЯ ГЕОМЕТРИИ ПЛОСКИХ ПРУЖИН С УЧЕТОМ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ И ХАРАКТЕРА ДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯOPTIMIZATION OF FLAT SPRING GEOMETRY WITH CONSIDERING DESIGN FEATURES AND NATURE OF DYNAMIC LOADINGТомилоВ. А.TomiloV. A.

доктор технических наук, доцент, начальник научно-исследовательского центра деформационных и литейных технологий

D. Sc. (Engineering), Assistant Professor, Head of the Deformation and Casting Technologies Research Center

stamila@rambler.ruКочикЕ. В.KochykY. V.

преподаватель кафедры сопротивления материалов машиностроительного профиля, машиностроительный факультет

Lecturer of the Mechanical Engineering Profile Materials Resistance Department, Machine Engineering Faculty

zhenjatomilo@gmail.comКравчукА. С.KravchukA. S.

доктор физико- математических наук, доцент, профессор кафедры био- и наномеханики, механико-математический факультет

D. Sc. (Physics and Mathematics), Assistant Professor, Professor of the Bio- and Nanomechanics Department, Mechanical and Mathematical Faculty

ask_belarus@inbox.ruТарасюкИ. А.TarasiukI. A.

аспирант кафедры био- и наномеханики, механико-математический факультет

postgraduate-student of the Bio- and Nanomechanics Department, Mechanical and Mathematical Faculty

ivan.a.tarasyuk@gmail.comФизико-технический институт Национальной академии наук Беларуси, МинскPhysical and Technical Institute of the National Academy of Sciences, MinskБелорусский национальный технический университет,МинскBelarusian National Technical University, MinskБелорусский государственный университет, МинскBelarusian State University, Minsk201730042017017075Copyright © Томило В.А., Кочик Е.В., Кравчук А.С., Тарасюк И.А., 20172017Томило В.А., Кочик Е.В., Кравчук А.С., Тарасюк И.А.Tomilo V.A., Kochyk Y.V., Kravchuk A.S., Tarasiuk I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/292

На основе использования макросов для программы конечноэлементного анализа ANSYS 10 ED / LS-DYNA разработана методика оптимизации геометрии системы последовательно соединенных плоских пружин, используемых в качестве упругих элементов катапульты, предназначенной для запуска беспилотных летательных аппаратов. Критерием оптимизации геометрии в данном случае является условие наибольшего хода обеих плоских пружин с наименьшим отклонением от симметричных форм относительно середин пружин. Произведена редукция динамической оптимизационной задачи сжатия и расслабления системы плоских пружин к квазистатической задаче предварительного сжатия системы и высокоскоростной динамической задачи ее расслабления, что позволило существенно сократить время решения оптимизационной задачи. Решение первой части задачи производилось Implicit-решателем ANSYS 10 ED, и по его результатам было получено решение второй части задачи Explicit-решателем ANSYS 10 ED / LS-DYNA. Исходя из полученных результатов, оптимальной с точки зрения величин хода и отклонений от симметрии плоских пружин переменного профиля является система, состоящая из одинаковых рессор, симметричных относительно середины профиля.

 

A geometry optimization method based on use of macros for finite-element analysis program ANSYS 10 ED / LS-DYNA was developed for system of series-connected flat springs used as elastic elements of catapult for launching unmanned aerial vehicles. Optimization criterion in this case is the condition of the maximum stroke of both flat springs with the minimum deviation from the symmetrical form with respect to spring midpoints. Dynamic optimization problem of compression and relaxation of flat spring system was reduced to quasi-static problem of system pre-compression and high-velocity dynamic problem of its relaxation, and it significantly reduced solution time. Solution to the first part of the problem was carried out by means of Implicit Solver of ANSYS 10 ED / LS-DYNA. Solution to the second part of the problem was obtained by means of Explicit Solver of ANSYS 10 ED / LS-DYNA based on previous part results. It was determined that optimum system in terms of stroke and deviations of symmetry of flat springs consists of identical springs which are symmetrical relative to section middles.

 

линейно-деформируемый материалметод конечных элементовоптимизацияплоская пружинаэллиптическая рессораlinearly deformable materialfinite-element methodoptimizationflat springelliptic leaf springReferencesКлубович, В. В. Технологии изготовления и обработки специальных периодических профилей / В. В. Клубович, В. А. Томило. – Минск: БНТУ, 2007. – 298 с.Klubovich V.V., Tomilo V.A. Technologies of manufacturing and processing of special periodic sections. Minsk, BNTU, 2007, 298 p. (In Russian).Кравчук, А. С. Электронная библиотека механики и физики: лекции по ANSYS/LS-DYNA и основам LS-PREPOST с примерами решения задач : в 3 ч. [Электронный ресурс] / А. С. Кравчук, А. И. Кравчук. – Минск: БГУ, 2013. – Ч. 1: ANSYS/LS-DYNA. Общая характеристика интерфейса и средств создания твердотельной модели детали. Использование моделей материалов и типов конечных элементов LS-DYNA. – Режим доступа: http://elib.bsu.by/ handle/123456789/44277 – Дата доступа: 01.10.2015.Kravchuk A.S., Kravchuk A.I. Digital library of mechanics and physics. Lectures on ANSYS/LS-DYNA and LS-PREPOST basics with examples of problem-solving. In 3 part. Part 1. General characteristics of interface and tools for creation of solid model of a detail. Using materials and types of finite elements models of LS-DYNA. Minsk, Belarusian State University, 2013. Available at: http://elib.bsu.by/handle/123456789/44277 (date of access: 01 October 2015). (In Russian).Кравчук, А. С. Электронная библиотека механики и физики: лекции по ANSYS/LS-DYNA и основам LS-PREPOST с примерами решения задач : в 3 ч. [Электронный ресурс] / А. С. Кравчук, А. И. Кравчук. – Минск: БГУ, 2013. – Ч. 2: Ограничения и нагрузки в ANSYS/LS-DYNA. Решение поставленных задач и просмотр результатов решения в ANSYS/LS-DYNA. – Режим доступа: http://elib.bsu.by/handle/123456789/44280 – Дата доступа: 01.10.2015.Kravchuk A.S., Kravchuk A.I. Digital library of mechanics and physics. Lectures on ANSYS/LS-DYNA and LS-PREPOST basics with examples of problem-solving. In 3 part. Part 2. Restrictions and loadings inANSYS/LS-DYNA. Solving assigned problems and viewing solution results in ANSYS/LS-DYNA. Minsk, Belarusian State University, 2013. Available at: http://elib.bsu.by/handle/123456789/44280 (date of access: 01 October 2015). (In Russian).Кравчук, А. С. Электронная библиотека механики и физики. Лекции по ANSYS/LS-DYNA и основам LS-PREPOST с примерами решения задач : в 3 ч. [Электронный ресурс] / А. С. Кравчук, А. С. Чашинский, А. И. Кравчук. – Минск: БГУ, 2013. – Ч. 3: Основные элементы графического интерфейса LS-PREPOST. – Режим доступа: http://elib.bsu.by/ handle/123456789/44281 – Дата доступа: 01.10.2015.Kravchuk A.S., Kravchuk A.I., Chashinskiy A.S. Digital library of mechanics and physics. Lectures on ANSYS/LS-DYNA and LS-PREPOST basics with examples of problem-solving. In 3 parts. Part 3. General elements of LS-PREPOST interface. Minsk, Belarusian State University, 2013. Available at: http://elib.bsu.by/handle/123456789/44281 (date of access: 01 October 2015). (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.