Введение к работе
Актуальность темы. Оболочечные силовые конструкции являются одними из наиболее используемых элементов, которые воспринимают и противостоят внешним силовым факторам Такие конструкции используются в различных отраслях машиностроения и строительстве Они могут быть изготовлены из различных материалов, но для любых крупногабаритных конструкций должны быть выполнены основные требования к ним Главным условием при определении параметров является требование минимума массы при выполнении прочности, необходимой жесткости, надежности, обеспечения необходимых величин механических характеристик во время эксплуатации агрегата и др В настоящее время, наиболее перспективными конструкционными материалами являются композиционные материалы (КМ) с их высоким удельными характеристиками Изготовление конструкций из КМ не может быть осуществлено без разработки соответствующих математических моделей расчета и анализа деградации механических свойств материала из- за накопления повреждений В связи с широким использованием призматических оболочечных элементов в конструкциях различного назначения, актуальным является решение комплексной проблемы по разработке эффективных аналитических и численно-аналитических расчетных методов определения напряженно-деформированного состояния (НДС), оценке прочности конструкций в зонах действия максимальных напряжений, разработке методик оценки деградации свойств материала при статическом и циклическом воздействии, оценке долговечности Именно эта проблема решается в диссертации
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка комплексного подхода к расчету композитных призматических оболочек, включающего аналитический метод расчета НДС, построение аналитической методики учета поврежденности и определения долговечности Поставленная цель достигается на основании решения следующих задач
построение аналитической модели расчета оболочек кессонного типа для определения НДС и выявление наиболее нагруженных участков конструкции, в которых в первую очередь возникает деградация механических свойств материала,
анализ особенностей разрушения элементов композитной многослойной структуры в зависимости от ее параметров,
построение расчетной модели для учета накопления повреждений, связанных с генерацией и ростом дефектов,
построение моделей изменения механических характеристик монослоев и эффективных характеристик многослойных композитных материалов, получение оценок изменения прочности в процессе нагружения из-за роста поврежденности
Научная новизна.
Проанализировано влияние трещины в поперечном слое на напряженное состояние в самом слое и прилегающих к нему слоях для различных вариантов многослойной структуры
Показано, что появление сквозного дефекты в поперечных слоях ведет к образованию системы регулярных микротрещин, плотность которых зависит от
уровня нагружения Проведенный анализ дает возможность более обосновано определять основные механизмы накопления дефектов при действии статических и циклических нагрузок, оценивать эффекты перегрузки элементов структуры при растрескивании
3 Показано, что поперечное растрескивание является причиной возникновения и
развития продольных микротрещин и расслоений Дан анализ зависимости
трансверсальных напряжений, ответственных за развитие поврежденности в слоистой
структуре от параметров структуры
Предложен вариант модели накопления повреждений и модели деградации механических свойств при трансверсальном растрескивании элементов слоистой структуры, позволяющий оценить срок службы рассматриваемой конструкции
Разработана математическая и расчетная аналитическая модель для определения напряженно-деформированного состояния в пространственных призматических композитных оболочках, которая является основой для эффективного определения рациональной структуры при ограничениях по прочности конструкции
Достоверность результатов основана на использовании обоснованных теоретических подходов при решении поставленной задачи, подтверждена сопоставлением теоретических результатов с прямым расчетом методом конечного элемента и использованием расчетных и экспериментальных данных, приведенных в литературе
Практическая значимость. Полученные в диссертации аналитические подходы к расчету призматических оболочек позволяют получать обоснованные и достаточно точные данные по распределению напряжений в кессонах, учитывать рост дефектов, деградацию свойств в многослойных волокнистых материалов при статическом и циклическом нагружении и определять предельную несущую способность конструкции в зависимости от типа и времени нагружения Результаты работы могут быть использованы на предприятиях, занимающихся расчетом аналогичных конструкций, а также в практике обучения студентов технических Вузов
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на конференциях 4-я Международная конференция «Авиация и космонавтика-2005» Москва, МАИ, 10-13 октября 2005, Conference on Damage in Composite Materials Simulation and Non-Destructive Testing, Stuttgart, 2006 (18-20 September), 5-я Московская Международная конференция «Теория и практика технологии производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов», 24-27 апреля 2007 г Конференция студентов и аспирантов аэрокосмического факультета, МАИ, апрель 2007г
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в четырех статьях Одна статья опубликована в журнале, который включен в перечень ВАК'а
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и содержит 113 страниц машинописного текста, включая 57 рисунка, 1 таблиц Библиографический список включает 85 наименований
