Введение к работе
Актуальность темы. Необходимость изучения напряженно-деформированного состояния (НДС) тонкостенных оболочечных конструкций при импульсных воздействиях обусловлена развитием авиационной, ракетной и других отраслей техники, в которых широко применяются тонкостенные оболочки, работающие в условиях нестационарного нагружения, возникающего при взрывах, соударениях, воздействии излучений, некоторых технологических операциях и в ряде других случаев. Удачный выбор расчетных математических моделей во многом определяет успех исследований. Учитывая геометрические особенности тонкостенных оболочечных конструкций, определение НДС в них традиционно проводится путем приведения трехмерной задачи к двухмерной с использованием того или иного варианта теории оболочек. Но при длительности импульса сравнимой с длительностью пробега волны по толщине оболочки или меньшей ее, возбуждаются и волновые процессы, не описываемые теориями оболочек. Учет волновых процессов по толщине возможен только при моделировании оболочек элементами сплошной среды, Однако усложнение математических постановок далеко не всегда оправдано с научной и технической точек зрения. «Сложность модели должна быть согласована с целью исследования, точностью располагаемых данных, уровнем используемых методов и алгоритмов.»' Поскольку импульсные воздействия возникают, как правило, в особых случаях нагружения чрезвычайного характера, то невозможна экспериментальная проверка параметров НДС и прочности силовой конструкции при натурных испытаниях. Альтернативой является проведение численных экспериментов с использованием математических моделей высокой размерности и высокопроизводительных ЭВМ (суперкомпьютеров, кластеров), что пока неприменимо в широкой инженерной практике. В основе инженерных методик расчета НДС и прочности конструкций лежат математические модели сокращенной размерности.
Поэтому обоснование возможности и формализация условий сокращения размерности необходимы как при разработке, так и при практическом использовании инженерных методик расчета. Их использование способствует ускорению расчетно-теоретических и экспериментальных работ, экономии ресурсов и расширению возможностей испытательного оборудования при проведении имитационных испытаний. Таким образом, несмотря на огромный рост возможностей вычислительной техники и программных комплексов по расчету НДС, остаются актуальными задачи исследования качественного характера деформирования и упрощения расчетных моделей.
Диссертационная работа выполнена в Государственном ракетном центре им. академика В.П. Макеева. Полученные в работе результаты были использованы в проектно-конструкторских разработках ракетно-космической техники.
1 Самарский А, А., Курдюмов С. П. и др. Нелинейные явления и вычислительный эксперимент//Вестник АН . 64-67.
Цель работы - исследование напряженно-деформированного состояния тонкостенных оболочечных конструкций при импульсных воздействиях путем сокращения размерности математических моделей.
Научная новизна исследования заключается в том, что его результаты получены с использованием введенных и обоснованных в работе критериев эквивалентности импульсных воздействий. Для известных методических положений по сокращению размерности формализованы условия их применения в исследованиях выделенного в работе класса тонкостенных оболочечных конструкций и воздействий на них. Хотя работа направлена на исследование импульсного нагружения конструкций, некоторые из рассматриваемых методических подходов могут быть использованы для исследования других видов динамического нагружения, а также переходных процессов в произвольных механических системах с заданными начальными условиями.
На защиту выносится: комплекс методических положений, с формализацией
условий их применимости для выделенного класса тонкостенных оболочечных
конструкций, по сокращению размерности математических моделей в исследованиях
НДС при импульсном нагружении, включающий в себя:
-формализацию условий разделения переходного процесса на «быстрые» и
«медленные» стадии деформирования;
условия применения безмоментной теории оболочек;
определение и анализ энергетических спектров реакции механических систем с заданными начальными условиями;
-алгоритм и программу расчета параметров эквивалентных импульсных
воздействий для имитационных испытаний;
-методики расчетно-экспериментального определения импульсных воздействий
по результатам испытаний модельньгх конструкций.
Апробация работы. Результаты исследований, представленные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались: на V отраслевой научно-технической конференции «Проблемы подводного старта ракет» (г. Миасс, Челябинской обл, 1984 г.), на отраслевых научно-технических конференциях по проблемам обеспечения прочности конструкций (ЦНИИМАШ, г. Калининград, Московской обл., в 1985 и 1988 г.г.); на Всесоюзном симпозиуме по прочности и пластичности (институт механики и сейсмостойкости сооружений АН УзССР, г. Ташкент, 1991 г.); на XV1I1 и XX Российской школе «Проблемы проектирования неоднородных конструкций» (г. Миасс, Челябинской обл., в 1999 и 2000 г.г.); на Всероссийской научно-технической конференции «Динамика машин и рабочих процессов» (г.Челябинск, 2002 г.); на XXII и XXIV Российской школе по проблемам науки и технологий (г. Миасс, Челябинской обл., в 2002 и 2004 г.г.); на XXXVI Уральском семинаре по механике и процессам управления (г. Миасс, Челябинской обл.,2006 г.).
Результаты исследований по теме диссертации представлены в 18 публикациях [1-18]. Из них 3 работы опубликованы в журналах, входящих в перечень изданий рекомендованных ВАК. В работах, вьшолненных в соавторстве и связанных с решением комплексных задач проектирования соискателем вьшолнено математическое моделирование конструкций и проходящих в них
процессов. Из совместных публикаций в диссертации представлены результаты, полученные непосредственно соискателем.
Достоверность результатов. Полученные в работе выводы основаны на использовании фундаментальных положений механики деформируемого твердого тела и теории оболочек, подтверждены результатами аналитических и численных расчетов. Достоверность наиболее существенных результатов подтверждена и экспериментальными данными.
Струетура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы. Работа содержит 32 рисунка, 8 таблиц, библиографический список из 78 наименований, всего 123 страницы.
