АНАЛІЗ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ КУПОЛА-ОБОЛОНКИ МІСЯЧНОГО МОДУЛЯ

М. В. САВИЦЬКИЙ; С. Є. ШЕХОРКІНА; А. М. СОПІЛЬНЯК; К. В. ШЛЯХОВ; К. О. СІРЕНОК

doi:10.30838/J.BPSACEA.2312.250822.82.881

Автор(и)

М. В. САВИЦЬКИЙ Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Ukraine
С. Є. ШЕХОРКІНА Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Ukraine
А. М. СОПІЛЬНЯК Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Ukraine
К. В. ШЛЯХОВ Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Ukraine
К. О. СІРЕНОК Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.30838/J.BPSACEA.2312.250822.82.881

Ключові слова:

купол-оболонка; місячний житловий модуль; реголіт; внутрішні зусилля

Анотація

Постановка проблеми. Сьогодні проблематикою вивчення можливостей будівництва баз та поселень на поверхні Місяця займаються провідні дослідники світу. Для забезпечення захисту екіпажу довготривалих місій необхідна розробка житлових модулів. Ефективним рішенням для будівництва на Місяці стане застосування місцевого ґрунту (реголіту) для виробництва бетону та арматури. Наразі вже є дані щодо фізико-механічних властивостей таких матеріалів, проте відсутні дослідження роботи монолітних несних конструкцій з їх застосуванням. Мета статті − оцінення напружено-деформованого стану куполів-оболонок житлових модулів, розташованих на поверхні Місяця, з урахуванням фізико-механічних характеристик будівельних матеріалів із сировини місцевого походження (реголіту) та умов середовища. Висновки. З використанням положень мембранної теорії оболонок та скінченноелементного моделювання отримано дані щодо напружено-деформованого стану тонкостінних куполів-оболонок для зведення місячних житлових модулів на 8, 10 та 12 членів екіпажу. На основі отриманих даних щодо внутрішніх зусиль визначено необхідну товщину та площу армування оболонки модуля. Проведено порівняльний аналіз результатів визначення внутрішніх зусиль та конструктивних параметрів розглянутих куполів-оболонок. Установлено, що відхилення величин внутрішніх зусиль біля опорного кільця в меридіональному напрямку, внутрішніх зусиль у зоні верхівки купола, а також площа поперечного перерізу арматури та товщина оболонки для всіх розглянутих варіантів не перевищує 10 %. Виняток становлять дані щодо внутрішніх зусиль біля опорного кільця в кільцевому напрямку від внутрішнього тиску для купола-оболонки на вісьмох членів екіпажу, від усіх типів навантажень для варіанта на 10 та 12 членів екіпажу, що пов’язано з відмінностями обраних методів аналізу.

Посилання

Ruess F., Schaenzlin J. and Benaroya H. Structural Design of a Lunar Habitat. Journal of Aerospace Engineering. 2006, vol. 19 (3), pp. 133–157. URL: https://doi.org/10.1061/(asce)0893-1321(2006)19:3(133) (accecced on: 26.07.2022).

De Kestelier X., Dini E., Cesaretti G., Colla V. and Pambaguian L. Lunar Outpost Design. 2015. URL: https://www.fosterandpartners.com/media/2634652/lunar_outpost_design_foster_and_partners.pdf (accessed on: 26 July 2022).

Savytskyi M. Construction Technologies for the Creation of Living and Industrial Modular Settlement of Lunar Base : monograph. Dnipro : Udovychenko O.M. Private Enterprise, 2021, 91 p.

Happel J.A. Indigenous Materials for Lunar Construction. ASME. Appl. Mech. Rev. 1993, vol. 46 (6),

pp. 313–325. URL: https://doi.org/10.1115/1.3120360 (accessed on: 26 July 2022).

Markandeya Raju P. and Pranathi S. Lunarcrete – a review. Proceedings of AARCV 2012 − International Conference on Advances in Architecture and Civil Engineering. 2012, vol. 2, pp. 886–891. URL: https://www.researchgate.net/publication/283048515_Lunarcrete_--_A_Review_Paper_ID_AR84AS (accessed on: 26 July 2022).

Goulas A., Binner J.G., Engstrøm D.S., Harris R.A. and Friel R.J. Mechanical behaviour of additively manufactured lunar regolith simulant components. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part L : Journal of Materials : Design and Applications. 2019, vol. 233 (8), pp. 1629–1644. URL: https://doi.org/10.1177/ 1464420718777932 (accessed on: 26 July 2022).

Tucker D., Ethridge E. and Toutanji H. Production of Glass Fibers for Reinforcement of Lunar Concrete. American Institute of Aeronautics and Astronautics. 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. 2006, AIAA 2006-523. URL: https://doi.org/10.2514/6.2006-523 (accessed on: 26 July 2022).

NASA-STD-3000. The Man-System Integration Standards. URL: https://msis.jsc.nasa.gov/ (accessed on: 26 July 2022).

International Space Station. URL: https://www.nasa.gov/mission_pages/station/main/index.html (accessed on: 26 July 2022).

Benaroya H., Bernold L. and Chua K.M. Engineering, Design and Construction of Lunar Bases. Journal of Aerospace Engineering. 2002, vol. 15 (2), pp. 33–45. URL: https://doi.org/10.1061/(asce)0893-1321(2002)15:2(33) (accessed on: 26 July 2022).

Billington D.P. Thin shell concrete structures. McGraw-Hill Book Company, 1990, 373 p.