Введение к работе
Актуальность теми. В настоящее время в различных областях техники находят широкое применение тонкостенные элементы конструкций типа пластин, ослабленных отверстиями, изготовленные из современных композитных материалов типа слоистых армированных пластмасс. В процессе эксплуатации подобных элементов конструкций на контурах отверстий часто возникают трещины. Подобная ситуация приводит к разрушению элемента или всей конструкции, поэтому исследованию напряженного состояния плассин и панелей, ослабленных таким комбинированным концентратором напряжений уделяется особое внимание.
Из опыта решения задач статики деформируемых тел и статической механики разрушения композитных пластин известно, что их физико-механические свойства /анизотропия, неоднородность, пониженная поперечная сдвиговая жесткость/ оказывают существенное влияние на уровень и распределение напряжений и деформаций, особенно в зоне концентраторов напряжений. Этот эффект еше более сказывается, если тлеет место наложение возмущений напряженного состояния в элементах конструкций, вызванного концентратором напряжений типа отверстия и резкого скачка напряжений у вершины трещины. Поэтому учет взаимовлияния концентраторов напряжений различного вида, в том числе отверстий и трешин, выходящих на их контур, а также геометрических параметров элементов конструкций /панелей и пластин/ на их напряженное состояние представляет научный и практический интерес.
Целью настоящей работы является разработка методики и исследование напряженного состояния ортогрошшх панелей и пластин, ослабленных отверстием с радиальными трещинами, включая:
а/ вариационную постановку задачи и реализацию метода конечных элементов применительно к механике разрушения ортотропных пластин и панелей ;
б/ разработку алгоритма и пакета прикладных программ для решения задач на ЕС ЭВМ с оценкой точности полученных результатов ;
в/ численное решение конкретних практические задач и исследование на их основе влияния геометрических и Физико-механических характеристик пластин и панелей на их напряженное состояние при различных виднх нагруженяя ; анализ проявляющихся при этом зависимостей числовых результатов и выявление механических э^Ьектов.
Научная новизна работы заключается в следующих основных положения выносимых на защиту:
I/ разработка методики численного решения двумерных задач механики разрушения податливых на сдвиг ортотропшх пластин и панелей, ослабленных отверстием с радиальными третинами ;
2/ построение алгоритма и составление программы решения подобных задач на ЕС ЭВМ;
3/ решение ряда новых задач механики разрушения ортотропных пластин и панелей ; исследование влияни геометрических параметров пластин и панелей и сїизико-механйческях характеристик композитных материалов на величины коэойшдиентов интенсивности напряжений.
Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается корректностью математической постановки задачи, строгостью математических выкладок, устойчивостью применяемого численного метода, контролем практической сходимости при расчетах, а также удовлетворительным совпадением результатов с аналитическими, численными и экспериментальными результатами, полученными другими авторами, при решении тестовых задач.
Практическая ценность работы состоит в том, что разработанная методика решения рассматриваемого класса задач а реализованная . в виде пакета прикладных программ для ЕС ЭКЛ позволяет выполнять расчеты по исследовании налрякенно-деформированного состояния податливых на сдвиг ортотропных пластин и панелей, ослабленных отверстием с двумя симметричными радиальными трещинами, при различных краевых условиях, в случае изгибных и растягивающих нагрузок.
Результаты численных расчетов, представленные в виде графиков и таблиц, а также выводы прикладного характера, сделанные на основе их анализа, могут быть использованы в инженерно-конструкторской практике при проектировании и опенке прочности элементов конструкций типа пластин и панелей с отверстиями, для которых высока вероятность появления тресин на контурах отверстий.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на семинарах отдела динамики и устойчивости сплошных сред Института механики АК Украины /г.Шев ,1990,1991, 1992 гг./ ; на ХУ-Х7П конференциях молодых ученых Института механика
АН Украины /г.Киев,1990-1992', на семинаре.по направлению "Статика динамика и устойчивость неоднородных сред" Института механики АН Украины.
Публикации. Основные результаты выполненных исследований отражены в работах [і - 4J
Объем работы. Диссертационная работа изложена на 145 страницах машинописного текста, включая 35 рисунков и 21 таблица Библиографический список насчитывает 144 наименований литературных источников.