Введение к работе
Состояние и актуальность темы.
В процессе эксплуатации машины, приборы и аппаратура подвергаются ударным, вибрационным и сейсмическим нагрузкам, которые вызывают необратимые ухудшении их эксплуатационно-технических характеристик и могут привести к выходу их из строя. С целью снижения вибрационных и сейсмических нагрузок применяют различные виброизолирующие конструкции на основе эластомерных материалов, так как по многим параметрам они превосходят традиционные системы того же назначения и позволяют находить принципиально новые конструктивные решения ответственных узлов современных технических систем. Возрастающее использование эластомерных материалов приводит к необходимости описания с высокой точностью кратковременных и длительных характеристик деформирования и разрушения эластомерных элементов конструкций и ставит широкий круг исследовательских задач. Первостепенное значение имеет формулировка математической модели, позволяющей описать напряженно-деформированное состояние эластомерных элементов с учетом процессов ползучести, релаксации напряжения или накопления остаточной деформации, накопления повреждений и разрушения, а также разработка экспериментальных методов определения материальных функций и функционалов, входящих в определяющие соотношения. Кроме того возникает необходимость в уточнении существующих алгоритмов численных расчетов для анализа поведения конструкций из эластомерных элементов при различных условиях нагружения и деформирования. Поэтому задача расчета напряженно-деформированного состояния эластомерных элементов виброизоляторов с учетом особенностей их вязкоупругого поведения является актуальной.
Цель диссертационной работы.
Целью настоящей работы является совершенствование методов и алгоритмов расчета напряженно-деформированного состояния эластомерных элементов виброизоляторов.
Поставленная цель достигается решением следующих задач:
Обзор существующих методов расчета напряженно - деформированного состояния виброизоляторов на основе эластомерных элементов и определение направления дальнейшего совершенствования методов расчета.
Разработка трехмерной математической модели, описывающей процесс изотермического вязкоупругого деформирования эластомерных элементов виброизоляторов.
Вывод реологических соотношений, описывающих вязкоупругое поведение эластомерных элементов виброизоляторов.
4. Разработка алгоритма определения материальных параметров реологических соотно
шений по экспериментальным данным.
Разработка алгоритма численного расчета напряженно - деформированного состояния эластомерных элементов с учетом их вязкоупругого поведения.
Создание основанной на методе конечных элементов программы расчета напряженно-деформированного состояния эластомерных элементов виброизоляторов в процессе их изотермического вязкоупругого деформирования и проведение практических расчетов.
Научная новизна основных результатов работы.
Получены обобщенные на случай трехмерного напряженно-деформированного состояния реологические соотношения, описывающие вязкоупругое поведение эластомерных элементов виброизоляторов.
Отработан алгоритм определения материальных параметров реологических соотношений по экспериментальным данным на релаксацию в условиях одноосного растяжения или сжатия.
Построена математическая модель, позволяющая описывать трехмерное напряженно-деформированное состояние эластомерных элементов виброизоляторов в процессе их изотермического вязкоупругого деформирования.
Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждается корректностью постановки задач исследования, использованием адекватных математических моделей изучаемых явлений, применением апробированных численных методов, сравнением полученных результатов с результатами расчетов других авторов, использующих другие методы и сопоставлением полученных результатов с имеющимися экспериментальными данными.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
Обеспечено эффективное проведение практических численных расчётов виброизолирующих конструкций за счет достаточно простой математической структуры выведенных изотермических вязкоупругих определяющих соотношений.
Предложен алгоритм численного расчёта напряженно-деформированного состояния виброизолирующих конструкций на основе эластомерных материалов, который, благодаря реализации разработанной методики описания процессов вязкоупругого деформирования эластомерных элементов, позволяет оценивать динамическую жесткость и диссипативные потери при циклических режимах работы, релаксацию напряжений и ползучесть эластомерных элементов конструкций, анализировать нестационарные режимы нагружения.
Создана основанная на методе конечных элементов программа расчёта (на алгоритмическом языке Lahey/Fujitsu Fortran 95) напряженно-деформированного состояния виброизолирующих конструкций на основе эластомерных элементов при различных условиях нагружения.
Результаты работы внедрены и используются в ООО «НПП «Сибрезинотехника» (г. Омск).
Основные положения, выносимые на защиту:
Математическая модель, позволяющая описывать процессы изотермического вязкоупругого деформирования эластомерных элементов виброизолирующих конструкций.
Реологические соотношения, описывающие изотермическое вязкоупругое поведение эластомерных материалов.
Алгоритм определения материальных параметров реологических соотношений по экспериментальным данным на релаксацию в условиях одноосного растяжения или сжатия.
Апробация работы и публикации. Основные положения работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:
XXVI Академические чтения по космонавтике (Москва, 2002 г.); II Международный технологический конгресс «Развитие оборонно - промышленного комплекса на современном этапе» (Омск, 2003 г.); V Международная научно - техническая конференция «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2004 г.); Всероссийская научно - техническая конференция «Роль механики в создании эффективных материалов, конструкций и машин XXI века» (Омск, 2006 г.); XXXI Академические чтения по космонавтике, посвященные 100-летию со дня рождения академика С. П. Королева (Москва, 2007); IV Международный технологический конгресс «Военная техника, вооружение и современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения» (Омск, 2007 г.); XII Международной научной конференции, посвященной Памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М. Ф. Решетнева «Решетневские чтения» (Красноярск, 2008 г.); семинар кафедры «Прочность летательных аппаратов» Новосибирского государственного технического университета под руководством д.т.н., профессора И. П. Олегина (Новосибирск, 2009 г.); IV Всероссийской научной конференции, посвященной 80-летию со дня рождения Главного конструктора ПО «Полет» А. С. Клинышкова «Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-
космической и авиационной техники» (Омск, 2009 г.); VII Международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2009 г.); межкафедральном научном семинаре имени заслуженного деятеля науки профессора Белого В. Д. в Омском государственном техническом университете (Омск, 2010 г.).
По теме диссертации опубликовано 10 печатных научных работ, из них 1 публикация в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых изданий, рекомендованных ВАК для опубликования материалов диссертационных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и приложения. Общий объем диссертации составляет 159 стр., включая 142 стр. основного текста, 39 рисунков, 12 таблиц и одно приложение на 17 страницах. Список литературы содержит 237 наименований.
