Введение к работе
Актуальность теш. В современном'машиностроении (особенно'
в авностроенші) широкое применение получили плоские элемента'
конструкций (панели), усилоннне ребрами жесткости и содергаїдие
дефекти (трещины, отверстие). Часто ребра кесткостп, прикреплен
ные дискретно или'непрерывно к обегавке (крыла или ff-гоеляжа
самолета, корпуса судна и т.л.) применяют с целью снижения
уровня концентрации не пряжений. Характер взаимодействия ребер
жесткости (стрингеров) и дейштов типа тревдш существенны.!
образом определяет напряже нно-де чатой конструкции иіане.та) в целом. Работоспособность плоских
элементов конструкций во многих случаях предопределяется нали
чием в пластине дефектов типа тредаи. Вблизи дефектов в процес
се деформирования панели возникает высокая концентрация напряже
ний, что приводит к гарокцению и развитою полос пластичности, воз
никновению начальних и росту уне имещгкея в плоском элементе
трещин. Изучение процесса роста тропиш представляет большой
H3V4HKB к практический интерес, особенно в связи с широким
применением высокопрочных материалов., повкпештми требованиями
к удельной прочности многих совроменкьх конструкций. Важнсйшоп
задачей при этом является предупреждение преждевременного выхода
из строп этих изделий,-а, следовательно, 5волкченив срока их
олужЗн. ч
Анализ разрушений шотах сооружений,, малага .конструкций доказывает, что разрушение ,как правило, начинается с поверхности различных выточек, отверстий, щелей" и других концентра-торов. Наличие устойчивых орешин в конструкциях и сооружениях, работающих в определенных режимах изменения внешних нагрузок, гораздо моное опасно, а искусственное усилеиие таких понструк-
. - 4 - '
ций (за счет постановки заклепок, стрингеров, высверловки отверстий на пути развития трещин и т.д.) монет значительно продлить их срок службы.
Проблем торможения трещин имеет научное и важное практическое значение, так как ее решение дает возможность продлить срок эксплуатации разнообразных конструкций и изделий практически во всех областях промшленности, а главное, избежать катастроф, связанных с внезапным разрушением.
Добиться торможения трещины можно различными путями:
-
Уменьшением іінтенсшности напряжений в кончике трещины;
-
Уменьшением концентрации напряжений;
3..Введением остаточных сжимающих напряжений. ' v Существует ряд-технологических приемов, позволяющих предотвратить катастрофическое развитие трещины и разрушение конструкции. Одним из таких методов является подкрепление конструкции (пластинка) ребрами жесткости, накладками. Кроме того, шогие применяемые конструкции изготавливаются из пластин, подкрепленных ребрами жесткости, или сдвоеннпх пластин. Накладываемые пластины часто конструируют как ограничители на пути развития трещины.
Приведенный в работе обзор исследований о-взаимодействии ребер жесткости на развитие трещины показывает , что усилиями отечественных и зарубежных ученых разработаны определчшще методы расчетной оценки напряженно-деформированного состояния, остаточной прочности подкрепленных элементоа конструкций о концентраторами напряжений. Однако оценка несущей способности клепаных пластин при наличии трещин не получили еще к ііаотоящему времени достаточного развития^ Болыяыство авторов ограничивалось, простейшей геометрией раочвтнбй зоны не учитывали влияния пластических 7ieJ орвдций. взаимодействия берегов трещины. Как
- 5 -известно, в малой концевой окрпстности трєщиіш образуется обдасть лредразрушения. Б реалышх твердіте голах эта зона, обычно, окружена областью пластически деформированного материала. Особенности и деталіт распределения пластических деформаций у конца трещины определяют условия ее дальнейшего развития. Поэтому исследование пластической деформация в окрестности трещины имеет важное значение для описания процесса разрушеїгая.
Следует отметить, что іу? задач, решаемкх аналитическими кєтодаюі, крайне -узок, и не схватывает многие в*шпір практические случаи.
3 связи с этим необходимы дальнейшие исследования о торможении роста трешинн ребрами иесткостя с учетом влияния пластических деформаций, взяли-.оцействия берегов третини.
Чанная диссертационная работа посвящена вопросам конструкционного торможенпя разрушения листовик конструкция (панелей), усилениях попервчігами стркнгораш (ребрами жесткости).
:11ель работы состоит в исследовании: іюпряяетіо-де сформированного состояния клепакей пластаны; передачи нагрузок от ребор жосткости к деформируемому телу (пластине}, влияния ребер меткости на развитие тредзшн с учетом пластических деформаций; взаимодействия берегов трешинн; установления влияния ровер жесткости на рост трегош, исходящих с поверхности кругового отверстия; в установленая соотноиегай, олисывакщях докрк-тпчосі.ую п критическую стадии роста трещина в клепаной панели.
Достоверность полученчкх результатов обеспечивается Математической корректностьо иоотавлешвдх задач; получением решений задач строгали аналитическими методами; результатна їислонпнх расчотов, которые билі; проведены на ?ВМ но програм-
- б -шы, составленном на алгоритмическом нл>ке ФОРТРАН-ІУ; сравнением конечных аналитических и численных результатов в частных случаях и известными в литература.
Научная швцзна. Предложена единая ыетидика решения широкого класса задач о подкреплении поперечными ребрами жесткости глинистых элементов конструкций (панелей), ослабленных концентраторами напряжений (трещина .отверстие). В работе решен новый кпасс плоских задач теории упругости и пластичности с неизвестной границей. Исследовано влияние подкрепленных ребер жесткости на развитие третин. Для панели, подкрепленной поперечними стрингерами, ньйдена зависимость дп.ши треіщіньї от приложенной растягивающей нагрузки, физических и геометрических параметров, позволяющая проводить исследование роста трещины в докритичеекой стадии нагружения.
Получены зависимости коэффициентов интенсивности напряжений, размеров зоны контакта берегов трещин, длин полос пластичности, раскрьтия трещины ъ ее конце от приложенной растягивающей нагрузки, взаимного расположения трещины ребер жесткости. Исследовано влияние взаимного расположения ребер жесткости , точек крепления и трещин на критерий роста трещин.
Практическая ценность. Лрактичэская значимость работы определяется широщш кругом отмеченных выше практических приложений, а также тем, что большинство полученных научных результатов в работе представлено в виде аналитических формул , таблиц, систем алгебраических уравнений и доведены до программ расчета на ЭВМ, что позволяем их непосредственно использивать в инженерных расчетах прочности и долговечности плоских.элементов конструкций, досїчіверно устанавливав их основные нираметрц ,обос-
-7--новать пути повышения живучести листовых конструкций, прогнозировать скорость роста трещин и несуще» способности повренугеннлх листовых элементов конструкций, на стадии праектпрования конструкций обоснопэнно выбирать конструктивные параметр».
дгссертгцчонная работа выполнена в рвмквх темы 9.5.Ї поор-динационного плана АН СССР комплексных научных исследований по проблеме: "Физико-химическая механика раэруаешл инструкционных материалов".
Некоторые результаты , полученные в работе, использовались заинтересованными предприятиями при оцгниа прочности элементов конструкций новой техники.
Общая методика исследования. В работе используется аппяраї теории функций комплексного переменного и его приложения' П плоской задаче теории упругости . .Путем использования комиексних потенциглов Колосова-Мусхелгсавили задачи, рассмотрев гад в ДІіССер-ТОЦИН , СВОДЯТСЯ It СИНГУЛЯРНЫМ ИНТеГрйЛЬННМ ураИ!Є!П!ЯМ нп линия
тре'мшы и системам линейных алгебраических уравнений. С помизья метода механических квадратур сингулярные интегральные урявненчя сгодятся к системам алгебраических уравнений, решаемых методо;' Гаусса, с выбором главного элемента на ЭВМ.
Апробацчя работы. Резугьтаты диссертециишюй работы регулярно докладывались и обсуждались на кафедре "ОАП и ДДП, на научном семинаре "Мзхаппна деформируемого теердотю тела", кафедры сопротивления материалов Азербайджанского- политехнического института іш. Ч.Ляьдрнма, на трядяционинх ежегодзки ноучгаи конференциях профессорско-преподавательского «хтаоо, и аспирантов ЛзПИ ямЛЛ5льдркмз (Fmqr, 1988, Ї9?С г.г.> ,кэ Республиканской нчу«іи-ї&хг?»7есдап конференцій "Новые матерлаям it технологии а посилений
_ в -
Эксплуатационной надежности машин и илстр/ментов" (Баку, 1990 г.), на X Республиканской конференции молодых ученых но математике и механике (Баку, 1990 г.), на научных семинарах отдела теории упруго*ти и пластичности Института математики и механики АН Ааерб.ССР (Ї969-І99І г.г.). Диссертация в целом доложена и обсуждена на кафедре "Сопротивление материалов" и "ОАО и ДД" Азербайджанского кйженерно-техничеекого университета им.Ч.Мльдрыма.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано пять работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списна литературы и приложения. Она содержит fS& страниц, включающих в себя /5 рисункоь, 3 таблиц, библиографию из fIS наименований^
