Введение к работе
Актуальность проблемы.
Развитие современной техники обуславливает создание высокопрочных композитных материалов (КМ) и экономичных конструкций из них. Композиционные материалы получили широкое распространение в силу существенной весовой экономичности. Задача разработки методов расчета композитных оболочек остается актуальной ввиду все более широкого применения их в тонкостенных конструкциях, а также в связи с усложнением моделей деформирования КМ и оболочек из них.
Одним из упрощенных подходов к оценке прочности
конструкций является применение теории предельного равновесия,
использующей модель жестко-пластического тела. Методы
предельного равновесия, используя простые расчетные схемы, позволяют в некоторых случаях без привлечения сложного математического аппарата получать значения предельной нагрузки или ее оценку, хорошо согласующуюся с экспериментом. Наряду с расчетом по предельному равновесию актуален метод оценки прочности конструкции по допускаемым напряжениям. Этот подход остается основным в машиностроении. Предлагаемая работа посвящена разработке методик оценки прочности и несущей способности слоистых композитных оболочек произвольной формы с учетом поперечного сдвига на основе этих двух подходов.
Цель работы заключается в разработке приближенных методик оценки несущей способности слоистых композитных оболочек произвольной формы по теории предельного равновесия, а также оценки прочности оболочек из нелинейно-упругого материала на основе анализа их напряженно-деформируемого состояния (НДС).
На защиту выносятся:
-
методика двусторонней оценки предельной нагрузки для слоистых композитных оболочек;
-
методика оценки прочности слоистых композитных оболочек из нелинейно-упругого материала на основе решения задачи определения их НДС;
3) алгоритмы и программные модули для численной
реализации вышеупомянутых методик;
4) результаты решения ряда задач оценки прочности и
несущей способности слоистых композитных оболочек.
Научную новизну составляют следующие результаты:
-
на основе метода конечных элементов, метода секущих и метода вариации псевдоупругих постоянных разработаны методики решения задач оценки прочности и несущей способности слоистых композитных оболочек произвольной формы;
-
результаты исследования влияния параметров задачи (механических характеристик слоев, углов намотки, толщин слоев, геометрии оболочки) на несущую способность оболочечных конструкций, а также разных моделей поведения оболочек и композиционных материалов на предельную нагрузку и НДС слоистых композитных оболочек произвольной формы;
-
разработаны численная методика и программные модули для определения напряженно-деформированного состояния слоистых композитных оболочек из нелинейно упругого материала. При этом предложены виды функций, определяющих различные модели поведения композиционных материалов.
Достоверность полученных результатов подтверждается сравнением числовых результатов, полученных автором, с имеющимися в литературе решениями некоторых задач и данными экспериментов.
Практическая ценность диссертации заключается в том, что разработаны и численно реализованы в виде программных модулей методики оценки прочности и несущей способности элементов конструкций из слоистых КМ произвольной геометрии.
Предлагаемые методики и алгоритмы могут быть использованы в инженерной практике, особенно на первом этапе проектирования оболочечных конструкций из волокнистых композиционных материалов. Программные модули доведены до удобного для эксплуатации состояния.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации были изложены на XIII Межреспубликанской конференции по численным методам решения задач теории упругости и прочности (г.Новосибирск, 1993); на IX Межотраслевой конференции "Опыт и перспективы применения композиционных материалов в машиностроении" (Самара, 1994); на Международной научно-технической конференции "Механика машиностроения" (Набережные Челны, 1995); на XVII Международной конференции по теории пластин и оболочек
(Казань, 1996); на IX конференции по прочности и пластичности (Москва, 1996); на Всероссийском семинаре "Актуальные проблемы математического моделирования и автоматического проектирования в машиностроении" (Чебоксары, 1996); на Международном научно-техническом семинаре "Новые технологии 96" (Казань, 1996); на научной Республиканской конференции "Проблемы энергетики" (Казань, 1997); на VII Четаевской конференции "Аналитическая механика и управление движением" (Казань, 1997); на Международной конференции "Модели сплошной среды, вычислительные технологии" (Казань, 1997); на Международной конференции, посвященной памяти заслуженного деятеля науки ТАССР проф. А.В.Саченкова (Казань, 1998).
Публикации. По теме исследований опубликовано 8 работ перечень которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы. Общий объем работы 129 страниц, в том числе 4 таблицы, 38 рисунков и библиографический список, включающий 173 наименования.