Введение к работе
Актуальность проблемы. В отличие от задач аэрогидроупругости задачи нестационарного взаимодействия тонкостенных конструкций с грунтом изучены в меньшей степени. Это объясняется прежде всего большим разнообразием свойств грунтов. Реальный грунт, на котором может оказаться пусковая установка иля соверпгать посадку летательный аппарат не является абсолютно жестким. Его характеристики имеют большой разброс и как правило являются нелинейными.
Анализ имеющихся к настоящему времени исследований показывает, что трудности решения задач взаимодействия различных конструкций с грунтом, обусловлены сложностью создания математических моделей, описывающих основные свойства и характер деформирования грунта. В большинстве случаев в расчетах грунт рассматривается как линейно-упругое тело.
Задачи механики грунтов решаются в весьма упрощенной постанов
ке. Как правило, либо в рамках плоской деформации, либо в осесиммет-
ричной постановке. Часто результаты таких исследований, в силу прини
маемых допущений, значительно отличаются от экспериментальных дан
ных.
Наиболее полные модели предлагают учитывать реальную геометрию конструкций, взаимодействующих с грунтом, но предполагают ее неизменность, то есть являются абсолютно твердым телом. Если в плане учета физической нелинейности используемые в расчетах модели достаточно многообразны, то геометрическая нелинейность (существенные деформации и перемещения) представлена слабо.
В связи с этим весьма актуальной представляется проблема создания простых расчетных методик решения задач взаимодействия тонкостенных конструкций с грунтом, базирующихся на гармоничном сочетании теории и эксперимента.
Цель настоящей работы: разработать схему расчета взаимодействия твердых деформируемых тел с грунтом в рамках модели, которая учитывает геометрическую и физическую нелинейность как конструкций так и грунта.
На защиту выносятся:
1) Разработанный метод решения задачи взаимодействия конструкций летательных аппаратов с грунтом с учетом их деформируемости в геометрически и физически нелинейной постановке.
-
Результаты расчета осадок и напряжений грунта под воздействием жесткой пластины для плотных и рыхлых песчаных грунтов при различной влажности.
-
Результаты исследования напряженно-деформированного состояния полозкового шасси вертолета при посадке на плотный песчаный грунт.
4) Разработанная теоретико-экспериментальная методика расчета
прочности и устойчивости сферических оболочек, взаимодействующих, с
грунтом.
Научная новизна работы состоит в следующих положениях:
Разработана методика расчета задачи взаимодействия жестких и гибких пластин с грунтовым основанием, основанная на применении метода конечных элементов.
Разработана методика теоретико-экспериментального исследования прочности и устойчивости сферических оболочек, взаимодействующих с грунтом.
Разработана и создана испытательная установка и проведены экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния и устойчивости рассматриваемых в работе пластин и сферических оболочек.
Экспериментально определены значения корректировочных коэффициентов в структурных формулах для определения критической нагрузки потери устойчивости, максимальных прогибов и напряжений в оболочке, вдавливаемой в грунт.
Достоверность основных научных результатов и выводов обеспечивается применением апробированных законов и моделей механики деформирования твердых тел, строгих математических и численных методов решения сформулированных задач и подтверждением отдельными сравнениями с решениями, полученными другими авторами иными методами, и результатами экспериментальных исследований.
Практическая ценность состоит в разработке и реализации эффективного метода расчета деформаций и напряжений в задачах взаимодействия различных конструкций с грунтом. Полученные с использованием разработанного метода и реализующего его пакета прикладных программ результаты могут быть использованы для решения широкого класса задач исследования взаимодействия геометрически сложных конструкций с грунтом.
Установлены структурные формулы для расчета прочности и устойчивости сферических оболочек взаимодействующих с грунтом отличающиеся простотой записи и удобством практического применения.
Результаты решения конкретных задач использованы заинтересованной организацией при расчетах и испытаниях элементов конструкции летательных аппаратов, взаимодействующих с грунтом.
Публикация и апробация работы.
Основные результаты исследований по теме диссертации опубликовано в девяти работах. По ее результатам были сделаны доклады на юбилейной научно-технической конференции "50 лет НИЧ КАИ". (Казань -1994г.), на Международной научно-технической конференции "Экраногиан - 96" (Казань - 1996), на семинарах и итоговых конференциях Казанского ВАКИУ, Саратовского ВВКИУРВ, Тульского ВВИУ (1994,1995,1996г.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и содержит /ЙГстраниц машинописного текста, в том числе S таблиц,^ рисунков и библиографического списка, включающего 162 наименования.