Введение к работе
Актуальность работы. Постановка задачи.
Разрушение конструкции начинается с мест с сильной концентрацией напряжений. Особо опасными являются области, в которых напряжения оказываются сингулярными, все компоненты напряжений или некоторые из них стремятся к бесконечности. Практическая значимость исследования этих областей состоит в том, что окрестность сингулярных точек является зоной бесконечной концентрации напряжений..Сингулярные области различного типа встречаются достаточно часто, например, ими являются предельно острые надрезы и трещины.. В работе изучаются сингулярности, появляющиеся на поверхностях, по которым сопрягаются элементы конструкций, выполненный из материалов с существенно отличающимися упругими свойствами. Условия совместности деформаций приводят к тому, что на контурах сопрягаемых поверхностей стремятся к бесконечности (прежде всего) касательные напряжения. Изучению таких областей посвящена эта работа.
Большие напряжения вызывают большие деформации, которые существенно меняют геометрию сингулярных областей и их окрестностей. Поэтому исследование необходимо выполнять в геометрически нелинейной постановке. Геометрически нелинейные эффекты могут радикально изменить условия деформирования материала и характер зарождающегося здесь разрушения. Вплоть до того, что в некоторых условиях сингулярность может и не возникнуть. Разработка методов, позволяющих избежать появления сингулярных областей необходима для создания эффективных конструкций.
Решению различных аспектов вопроса нахождения путей ликвидации областей сингулярных напряжений посвящены работы авторов: Новожилова В.В., Партона В.З., Нифагина В.А., Пальмова В.А., Лалина В.В., Зданчука Е.В., Харлаба В.Д., Нифонтова В.А., Леонова А.В., Матвеенко В.П., Пламеневского Б.А,, Мазьи В.Г. В работах показано, что к анализу сингулярных областей существуют разные подходы, основанные на механике трещин, критерии хрупкого разрушения, моментной теории упругости.
Целью проводимого исследования является разработка аналитических и численных методов исследования напряженного состояния в окрестности сингулярных точек и поиск путей ликвидации сингулярности и существенного снижения концентрации напряжений.
Объектами исследования являлись:
Стержень, закрепленный на абсолютно жестком основании в качестве базовой модели, отражающий характерные стороны явления.
Соединения элементов конструкции, выполненных из разнородных материалов с сильно отличными упругими свойствами, в которых возможно возникновение бесконечных напряжений и нарушение закона парности касательных напряжений.
Задачей является разработка нового метода ликвидации областей конструкции с сингулярными напряжениями и снижение концентрации напряжений.
Новизна научных результатов.
– На примере простой задачи показано, что сингулярность может быть ликвидирована путем изменения геометрии сопряжения двух соединяемых поверхностей.
– Показано, что геометрически нелинейные эффекты, в частности, сдвиги, возникающие под действием касательных напряжений, в ряде случаев формируют такие изменения геометрии, при которых сингулярность не возникает.
Положения, выносимые на защиту .
Сингулярности поля напряжений могут быть устранены незначительным изменением геометрии.
– Установлено, что существуют такие углы сопряжения элементов конструкции, при которых исчезают области бесконечных напряжений и области, в которых в исходной конструкции нарушался закон парности касательных напряжений.
– Геометрически нелинейное моделирование деформирования конструкции позволило установить, что в ряде случаев необходимые углы сопряжения образуются автоматически в результате деформации сдвига, вызванных высокими касательными напряжениями.
Достоверность положений, результатов и выводов подтверждается .
– Использована теоретически аргументированная и апробированная процедура и программа решения геометрически нелинейных задач методом конечных элементов.
Личный вклад автора.
При непосредственном участии автора выполнялись расчетные исследования, производилась обработка и анализ данных, а также их интерпретация. Разработанная методика может быть применена для узлов соединения с сильно отличающимися упругими свойствами материалов.
Апробация результатов работы.
Основные положения работы докладывались на следующих научных семинарах и конференциях: XVIII Международная научно-техническая конференция «Системный анализ, управление и навигация» (г. Евпатория,
1.07-7.07, 2013г); XVII Международная научно-техническая конференция «Системный анализ, управление и навигация» (г. Евпатория, 29.06-5.07, 2012г); «ВОКОР-2012г» I ЦНИИ МО РФ; II научно-техническая конференция молодых специалистов «Старт в будущее», посвященная 50-летию полета Ю.А.Гагарина в космос ОАО «КБСМ»; конференция по строительной механике корабля, посвященная памяти профессора П.Ф. Папковича (ФГУП «Крыловский государственный научный центр», 2012 г); 1-я молодежная межрегиональная научно-техническая конференция «Современные методы и системы 3D проектирования и автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства» (г. Северодвинск, 2010 г).
Публикации.
Всего по теме диссертации опубликовано 9 научных работ. Из них 2 научные работы выполнены без соавторства, авторская доля в остальных работах составляет 50%. В изданиях, рекмендованных перечнем ВАК, опубликованы 3 статьи, все в соавторстве. Авторская доля участия составляет 50%.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы. Основной материал изложен на 98 страницах текста и содержит 60 рисунков. Список использованной литературы включает в себя 85 наименований.
