Введение к работе
Актуальность темы.
Многие элементы конструкций испытывают ударные или импульсные воздействия. При их проектировании необходимо исследовать нестационарные процессы, связанные с распространением волн деформаций и напряжений. Задача усложняется, если требуется учитывать контактное взаимодействие, отдельных конструктивных элементов. Как правило, область контакта и величина сил взаимодействия являются неизвестными и зависят от параметров деформирования конструкции.
Многие конструкции современной техники состоят из массивных тел.и тонкостенных элементов. При изготовлении и эксплуатации их деформирование может сопровождаться большими смещениями, появлением упругопластических деформаций, разрушением и другими нелинейными эффектами. В настоящее время решение таких задач ограничено в основном рамками двумерной постановки. Однако многие задачи требуют трехмерного анализа динамического поведения конструкций. Математическое моделирование таких прикладных задач стало возможным в последние годы с развитием вычислительной техники.
В силу этого актуальной является проблема разработки и
программной реализации численных методик решения задач
нестационарного контактного взаимодействия составных
упругопластических конструкций в трехмерной постановке.
Целью работы и основными защищаемыми положениями являются:
-
Развитие методики численного анализа процессов деформирования упругопластических конструкций, состоящих из массивных тел и оболочечных элементов, в трехмерной постановке с учетом контактного взаимодействия.
-
Разработка алгоритма контакта для конечных элементов, покрывающих как массивные тела, так и оболочки, при условии их взаимного непроникания по нормали и свободного проскальзывания по касательной к взаимодействующим между собой границам тел.
-
Программная реализация разработанной методики и алгоритма в рамках Пакета Прикладных Программ "Динамика-3", создаваемого в НИИ механики при ННГУ.
4. Тестирование предлагаемой методики и решение прикладных задач.
Научная новизна.
Разработано и реализовано два варианта алгоритмов контакта разной степени сложности. Объединяющим началом этих алгоритмов является введение единой четырехугольной сетки в зоне контакта. Отличие заключается в выборе параметров, которые аппроксимируются на эту сетку и используются для нахождения узловых контактных сил и узловых скоростей перемещений. Эти контактные алгоритмы в совокупности с разработанной конечно-элементной методикой решения трехмерных задач динамики позволяют исследовать нестационарные процессы упругопластического деформирования составных конструкций.
Достоверность результатов.
На ряде динамических контактных задач сопоставлены результаты расчетов по рассмотренным вариантам алгоритмов контакта, в результате чего дана оценка степени их применимости при решении широкого класса прикладных задач. Исследованы процессы проникания стальных ударников разной формы в алюминиевые пластины при различных начальных скоростях соударения и углах наклона вектора начальной скорости ударника к поверхности мишени. Достоверность предложенных контактных алгоритмов установлена путем сравнения полученных результатов с опубликованными экспериментальными данными, аналитическими и численными решениями.
Практическая ценность.
Разработанные алгоритмы контактного взаимодействия составных упругопластических конструкций реализованы в виде программных модулей для Пакета Прикладных Программ "Динамика-3". Внедрение в этот пакет контактных алгоритмов позволило в трехмерной постановке анализировать нестационарные процессы динамического деформирования конструкций при их контактном взаимодействии между собой. Получено решение ряда задач, имеющих прикладное значение. Рассмотрены особенности деформирования опорной конструкции внутрикорпусной щахты ядерного реактора при падении на него жесткого тела.
Апробация работы.
Основные результаты выполненной работы докладывались на: XVI международной конференции по теории пластин и оболочек (НІІГУ, Н.Новгород, 1993г.), XXII научно-технической конференции "Проектирование систем" (МГТУ им. Баумана, Москва, 1995г.), Всероссийском симпозиуме "Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред" (МАИ, Москва, 1995г.), XVII Международной конференции по теории пластин и оболочек (Казань, 1995г.), Всероссийском симпозиуме "Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред" (МАИ, Москва, 1996г.)
Публикации.
Основное содержание диссертации отражено в работах [1-7].
Структура и объем работы.
