Введение к работе
Актуальность темы. Металлические подкрепленные и неподкрепленные панели в настоящее время широко распространены в самолето- и судостроении. Их применяют как в силовых элементах конструкции, так и в несиловых (перегородки, в элементах декора) и.т.д. При этом панели могут иметь различные в плане геометрические формы: ромбовидные, треугольные, трапециевидные и т.д. Существует достаточно много публикаций, связанных с прочностным анализом традиционных панелей прямоугольной формы и практически отсутствуют данные по оценке несущей способности панелей косоугольной формы. Кроме традиционных изотропных материалов в аэрокосмической технике получили применение высокопрочные и высокомодульные композиционные материалы на основе углеродных, борных и других типов волокон, полимерных и керамических матриц. Имеющийся ограниченный опыт внедрения композитных панелей в конструкции самолетов показал, что их прочность, устойчивость и несущую способность при сжатии и сдвиге трудно прогнозировать существующими расчетными методами, а типичные для композитов локальные разрушения в значительной степени ограничивают выигрыш в эксплуатационных характеристиках по сравнению с металлами. Поэтому композиты в настоящее время используются, в основном, в тонкостенных элементах, работающих до потери устойчивости.
Широкое применение композиционных материалов в скошенных тонкостенных элементах авиационной и космической техники связано с актуальной проблемой разработки прикладного метода расчета на устойчивость и несущую способность панелей с различными вариантами подкрепления контура при сжатии, сдвиге и комбинированном нагружении, а также поиском структур армирования, реализующих высокие удельные жесткостные и прочностные характеристики современных композиционных материалов.
Целью работы является разработка прикладного метода определения устойчивости и несущей способности скошенных слоистых композитных панелей с различными граничными условиями на контуре при сжатии, сдвиге и комбинированном нагружении.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
- разработать прикладной метод определения устойчивости и несущей способности скошенных слоистых композитных панелей при сжатии, сдвиге и комбинированном нагружении с произвольными граничными условиями по контуру;
- исследовать влияние углов скоса, схем армирования и граничных условий на критические усилия устойчивости композитной панели при действии сжимающих и касательных усилий;
- из условия максимума критических усилий определить рациональные структуры армирования скошенных слоистых панелей;
- оценить найденные структуры армирования по несущей способности панели после потери устойчивости.
Научная новизна работы определяется:
- соотношениями механики скошенных систем;
- методом решения обобщенной задачи на собственные значения для скошенных слоистых систем;
- разработанным методом решения геометрически нелинейных задач в конечных разностях без использования фиктивных точек;
- найденными закономерностями между геометрией контура панели, структурой армирования слоев, граничными условиями и критическими и разрушающими усилиями для скошенных слоистых композитных панелей.
Практическая значимость работы определяется
- предложенным энергетическим методом решения задачи устойчивости скошенной панели, опирающимся на модифицированные балочные функции и позволяющим находить критические усилия сжатия и сдвига композитных панелей;
- способом решения задачи о закритическом деформировании слоистых панелей с произвольными граничными условиями в конечных разностях;
- проведенными исследованиями влияния углов скоса, структуры армирования композитных слоев и видов граничных условий на устойчивость и закритическое деформирование панелей при изолированном нагружении сжимающими и касательными усилиями и при одновременном действии сжатия и сдвига;
- найденными из условия максимума критических усилий сжатия и сдвига рациональными структурами армирования;
- оценкой несущей способности композитных панелей, находящихся в условиях закритического деформирования при сжатии, сдвиге или комбинированном нагружении.
Достоверность результатов диссертации обеспечивается использованием общепринятых соотношений строительной механики тонкостенных конструкций и механики композитов, известными численными методами и подтверждается сопоставлением теоретических результатов с опубликованными данными.
Апробация работы. Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались на :
-XXXVII Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения», Москва,5-8 апреля 2011г.
Публикации. Основное содержание и результаты диссертации изложены в четырех публикациях, в том числе две статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка цитируемой литературы из 101 наименования. Общий объем диссертации - 111страниц, включая 202 рисунка и 11 таблиц.
