Введение к работе
Актуальность темы. Ускорение научно-технического прогресса, интенсивное развитие народного.хозяйства приводит к необходимости создания нових систем и технологий, которые должны работать в широких диапазона*''скоростей-, температур, давлений, нагрузок. "Одновременно они должны бить удобны для эксплуатации, комфортны для'человека,'экологически чисти, малошу'мны и т.д. К таким системам, в первую очередь, относятся разнообразные транспортные средства: самолети, вертолеты, автомобили,, морские я речные суда, а также технологические машини, работающие под управлением операторов. Одним "из актуальних'аспектов является задача подавления колебаний, возникающих под действием внешних нагрузок. '' Интерес к поведению конструкций ИЗ КОМПОЗШЛОШШХ П.ПОЛИ -керних материалов,обусловлен широким применением их в современной технике. Это объясняется их неоспоримым преимуществом с точки зрения удельной прочности,, что позволяет добиться спиже -кия массы конструкции без ухудшения эксплуатационных характе -ристик. Креме того, вязкоупругие материалы позволяют решить проблему гашения колебаний, переводя механическув энергию в тепловую, не изменяя ни 'прочности, ни массы конструкции.
В ряде случаев реальную конструкцию можно представить в виде комбинации-пластин и стеркной, причем а те, и другие могут иметь сло'-'луа собственную структуру как из-за применения раз -личных материалов, так и в силу определенных конструкторских рсіїений.. Призере!.», такой конструкции является крило самолета, которое можно считать пластинкой переменной толщины и сложной рорми в плане, имеющей елочную'внутренний структуру, включающую в себя: металлические элементы - силовой набор, обсіивка, стыковочные узлы.; элементы из високоэластичных материалов - протек-торн -топливных баков; композиционные элементы'- тепло- и ваб -розащитные покрытия.- ' ,
. . '.-При-проектировании таких конструкций постоянно решаются задачи расчета на-прочность,, жесткость и собственные значеная, причем приходится использовать различные, приближенные методы, что диктуется уже самой сложной неоднородной структурой объекта расчета. От эффективности таких методов во -.многом зависят сроки и стоимость разработок новых образцов техники.
В силу изложенного можно считать, что задача совершенство-
4'
вания методов расчета структурно-неоднородных конструкций,включающих в себя композиционные и полимерные элементы, является актуальней »иучно-технической задачей.
Цель работы. Диссертация посвящена исследованию явлений синергизма в структурно-неоднородных пластинчатых и стержневых конструкциях. Оптимальный выбор'геометрических, структурных и физико-механических параметров структурно-неоднородной системы с вязкоупругими элементами позволяет добиться максимально воз -ножного демпфирования энергии колебаний.
Научная новизна. К решению задач изгибных колебаний вязко-
упругих пластин применен метод конечных элементов в сочетании с
наследственной теорией Больцмана-Вольтерры. Исследования колеба
ний пластин с локальным характером Присутствия вязкоупругого
включения позволяет определять наиболее потенциально энергоем -
кие, а значит наиболее опасные с точки зрения прочности, участ
ки пластины. Коэффициент демпфирования выступает в новом качест
ве - в роли относительного энергетического параметра, характери
зующего какая часть общей потенциальной энергии каждой формы ко
лебаний сосредоточена на участке, где расположено,вязкоулругое.
включение. Коэффициент демпфирования как бы вбирает в себя кри
визну поверхности, на которой работают вязкоупругие силы внут -
реннего трения. .'''"
Предложена методика расчета и оптимизации физико-механи -ческих параметров при поперечных колебаниях трубчатой конструкции с амортизирующим материалом, используемой в качестве рабо -чего органа оборудования для проката низконапорных железобетонных труб.
Достоверность основных научных положений и выводов обосновывается сопоставлением подученных результатов с результатами ' других авторов:
- вывод о влиянии местоположения вяэкоулругой среды на дис -сипацию энергии внешних воздействий совпадает с выводами', еде -данными в статье Чернышева И Андреева "Повышение эффективности демпфирующих покрытий сосредоточением их в области наибольших изгибающих моментов" из сборника "Рассеяние энергии при колебаниях механических систем" - Киев: Наукова думка, 1974. - С.226-233 ;
-' результаты численного исследования по оптимизации физико-ыёханИческих параметров трубчатої! конструкции с амортизирующим материалом подтверждены результатами испытаний.
Практическое значение ' полученных результатов заключается в возможности использования методики определения наиболее энергоемких'фрагментов пластини при создании кг. :'шностроительннх . пластинчатих конструкций.- '
Разработанная; методика расчета и оптимизации фкзико-механи-часках параметров структуано-неоднородпой.стертневой системи внедрена я применяется- в -расчетах .многослойных трубчатих конст -рукций с амортизирующим материалом. Проведенные испытания на заводах железобетонных изделий подтвердили високую точность расчетов. -.''-
Апробация работы. -Основтее результаты, работы докладывались на:
."'- научной конференции молодкх ученых-моханаков.'поовяшениок 70~летяю ВЛКй.5 "Актуальные проблемы научных исследований кибернетики, механика я энергетики", Ташсснт, ІВ-І9 мая 1988 г. ;
. -.семинаре лаборатории "Динаміка-оснований, фундаментов под-. земных.сооружений" с участием сотрудиикоз отдела "Сейсмодинакк-ка" института мзханикн'и сейсюстойвости сооружений нм.М.Т.Ураз-базва АН РУз; 13 апреля 1992 г. ;. .
- заседании кафедры "Сопротивление материалов" Ташкентского Государственного технического университета, 4 ноября 1992 г. ;
..- семинаре по. механике деформируемого твердого тела при Тульском политехническом институте под руководством проф.А.А.Тояо -котшкова, Z2 октября 1992 г.
Публикация.' По материалам диссертации опубликованн одни тезиси и две статьи. . - . .
Структура и-объем диссертации-. Диссертационная 'работа со- стоит из ЕВедёния, пятя -разделов, выводов.и списка использованной литературы..Обдай объем диссертации 141 -страница,, включая 56 рисунков, 4 таблицы и В5 страниц машинописного текста. Бнб -лиография содержит 71 накуенованиё.
go введении обосновывается актуальность выбранной темы. Дается обзор работ, посвяшенннх колебаниям вязкоупругих пластин и стержней. Освещены аспекти проблемы, представляющие опреде -ленннй научный и практический интерес.
. В первом разделе изложена цель работы, представлена по -становка задачи. С технической точки зрения пластинчатые и стержневые конструкции представляют собой защищаемые объекты - . иластинн или стержневые системы с локальным присутствием вязко-упругого включения. Конструкішю с локальным присутствием вязко-упругого включения будем називать структурно-неоднородной, а конструкцию, полностью изготовленную из элементов только с уп -ругами или вязкоупругими свойствами - структурно - однородной, поскольку свойства всей системы идентичны.
Основной научной и прикладкой проблемой работы являвтся исследования диссипативных (демпфирующих) свойств неоднородных систем комплексно, в'челом. При собственных колебаниях проявление диссипации сводится к затуханию колебаний. Скорость затухания количественно оценивает диссипативкые свойства системы -они тем выше, чем выше скорость затухания.
При вынужденных колебаниях систем ее диссипативные свойства проявляются в резонансных режимах и приводят к конечным значениям резонансных амплитуд. Для вынужденных колебаний резо -напевне амплитуды являются количественной характеристикой длс -сяпативных свойств системы, интенсивность которых тем выше, чем ниже резонансные амплитуды вынужденных колебаний.