Введение к работе
Актуальность. Во многих случаях изготовленные конструкции отличаются от предусмотренных проектом и в отношении геометрической формы и размеров, и в отношении свойств материала. Особенно трудно добиться отсутствия указанного отличия в случае тонкостенных конструкций типа оболочек. Вместе с тем именно для них отклонение от проектных параметров особенно опасно, так как влечет за собой смещение НДС в сторону предельного состояния. Будем называть отмеченное отклонение параметров конструкции в натуре от имеющихся в проекте несовершенствами конструкции.
Отмеченный факт давно уже находится в центре внимания многих ученых и инженеров. С одной стороны, совершенствуется технология с целью снижения уровня несовершенств, с другой, -ищутся средства теоретической оценки влияния несовершенств на надежность конструкции. Настоящая диссертация относится именно к созданию варианта такой теоретической оценки.
По своей природе проблема учета влияния несовершенств на надежность конструкции является типичной вероятностной, поскольку частные виды несовершенств многовариангны и трудно предсказуемы. Так она в ряде исследований и трактуется, когда речь идет о свойствах материала конструкции. Что касается несовершенств геометрического характера, то во всех известных нам теоретических исследованиях использовался детерминистический подход. Он состоит в том, что априорно принимается та или иная картина отклонения фактической формы конструкции от проектной и осуществляется тем или иным способом оценка влияния этого отклонения. Такой подход сильно обедняет сущность проблемы, поскольку нет никакой уверенности в том, что какая либо .другая картина несовершенств не является более опасной.
В настоящей диссертации предложено использование вероятностного подхода к оценке влияния несовершенств геометрической форш и размеров на НДС конструкции, позволяющий подвергнуть оценке значительно большую область возможных несовершенств, а практическ^-любую их комбинацию.
Еажен в еще один аспект учета влияния несовершенств. Имеется в вида уровень трудоемкости аналитической оценки уровня этого влияния. Поскольку множество конструкций, в которым предлагается применять разработанный в данной диссертации подход, очень велико и конструкции, составляющие это множество, весьма разнообразны, наиболее адекватным расчетным аппаратом оказывается МКЭ. Именно он и использован. 3 этом методе,- с точки зрения трудоемкости, значительный удельный вес имеет составление матрицы кесткости элемента. Была поставлена цель добиться простого и строгого метода получения такой матрицы для несовершенной конструкции по известной матрице для конструкции, строго соответствующей проекту. Эта проблема нашла решение в данной диссертация.
Разумеется, эффективности и достоверности обоих основных результатов - вероятностной постановки проблемы и облегчения построения матрицы кесткости - можно было добиться, лишь доведя исследование до алгоритмического и программного, для Э5М, уровня и произведя численный эксперимент и необходимые оценки: и это выполнено в диссертации.
Представляется, что всё изложенное выше свидетельствует об актуальности настоящей диссертации.
Цель работы. Построение и исследование вероятностной математической модели учета несовершенств геометрической формы и материала в конструктивных элементах; построение матриц кесткости конечных элементов (КЭ) для расчета конструкций, имеющих указанные несовершенства; построение численного метода реализации вероятностной модели; разработка и создание программного обеспечения расчетов НДС оболочек вращения.
Научная новизна работы: впервые предложена вероятностная модель, описывающая-несовершенства геометрической формы элементов конструкций; разработан эффективный алгоритм реализации указанной модели, в основе которого.лежит МКЭ; разработаны модели КЭ.для расчета рам и оболочек вращения, описывающие несовершенства геометрической формы и материала, из которого она изготовлена; проведено исследование предложенной модели на тестовых примерах; выявлены.преследованы особенности НДС сильфон-
ных кошенсагоров, имеющих несовершенства геометрической формы.
Достоверность результатов исследования подтверждается сравнением полученных численных результатов с базирующимися на детерминистической постановке проблемы известными аналитическими решениями, в том числе полученными другими авторами, а также с результатами экспериментов.
Практическая ценность работы: полученный в диссертации результат, подняв учет несовершенств конструкции на более высокий теоретический уровень, позволяет вместе с тем непосредственно практически применять его в производственных условиях, поскольку этот результат снабжен соответствующим математическим обеспечением.
Апробация работы. Результаты докладывались и обсуждались на научных я научно-технических конференциях, семинарах. В том числа:
на научно-технических конференциях и семинарах Санкт-Петербургского государственного морского технического университета (І986-І99І гг.);
на научной сессии "Статика и динамика тонкостенных кон- струкций", Тбилиси, 1990 г.
Публикации. По результатам диссертации опубликовано и принято к публикации шесть научных статей и пять отчетов по НИР.
Объем работы. Диссертация изложена на 160 с. машинописного текста, содержит 36 рис., состоит из пяти глав, введения, заключения, библиографии (131 наименование) и приложения.