Введение к работе
Актуальность темы, В связи с развитием современной техники и, как [едствие,ростом мощностей производства, интенсификацией режимов работы 1шин, увеличением скоростей движения транспорта, а также особыми ловиями строительства в районах с повышенной сейсмичностью воз-істает роль расчета конструкций и сооружений на динамические возден-вия.С подобными проблемами в строительстве приходится сталкиваться ,
частности, :
- при проектировании на аварийные воздействия защитных сооружений шстных производств, предназначенных для защиты окружающей среды, лю-:й и оборудования;
- при расчете и конструировании измерительных приборов ударного дей-вия, используемых в процессе проведения обследований строительных >нструкций.
Вместе с тем .существующие методы динамического расчета конструкций і нестационарные воздействия все еще далеко не совершенны.а проведение пурных экспериментов ,как правило, связано с большими материальными .тратами. Таким образом, разработка эффективных, обеспечивающих высоко точность, методов и алгоритмов динамического расчета конструкций эедставляет в настоящее время актуальную проблему современной строи-льной механики.
Большой интерес в этой области механики представляет также недостатню изученный процесс локального соударения тел конечной жесткости ) значительными скоростями взаимодействия. Исследования при этом тнественно усложняются,если в качестве конструктивного элемента удар-іка используется пьезокерамическая .ереда.В условиях подобного песта-юнарного погружения , основанного на принципе прямого пьезоэффек-і,работает широкий класс измерительных приборов.Однако , их моделиро-шне крайне затруднено,что обьясняется сложностью возникающих поя ом, динамических задач электроупрутоетн и отсутствием результатов для стационарных воздействий .
Таким образом, определение динамических нагрузок при ударном в.м-
ЛОДЄЙСГВИИ ТЄЛ КОНеЧНОЙ ЖеСТКОСТИ С ДефорМИруеМЫМН Т0ПКОСГ0ПН! ;'.;и
преградами , а также анализ напряженно-деформированного состояния зі ментов конструкций (в частности круглых пьезокерамичесхих пластин) П] нестационарных воздействиях в условиях связанности механических и эле трических- полей напряжений представляют сложные актуальные для те рни н практики задачи современной динамики сооружений. Их решению посвящена настоящая диссертация.
Работа выполнялась в соответствии с Научно-технической програм м< Госкомитета по ВШ "Прочность и долговечность конструкций при негр дицнонных воздействиях, нарушающих внутренние связи материала" по пр екту связанному с "Разработкой методов решения задач расчета простра егеенных конструкций при воздействии коррознонно-разрушающей среды динамическом нагружении" (номер гос. регистрации 01920016273).
Целью работы является определение динамической реакции, возникаюик при нестационарном загружеиии элементов конструкций.в случаях контак ного взаимодействия силовых, а также силовых и электрических полей.чт и предопределяет проведение исследований в следующем направлении:
-разработка универсальной расчетной модели и алгоритма расчета пре; назначенного для исследования динамической реакции механической сі стены " падающее тело конечной жесткости тонкостенная деформируема преграда " при их локальном соударении ;
- построение замкнутого решения нестационарной осесимметричной зад*
чи электроупругости для толстой круглой анизотропной пьезокерамическо
пластины при действии на ее торцах произвольной динамической нагрузки;
- определение динамичеких нагрузок (контактных усилий) при соударени тел конечной жесткости с учетом деформаций ударника и преграды;
численный анализ частот и форм собственных колебаний, напряжение деформированного состояния, а также напряженности наведенного электри ческого поля и возникающей при этом разности потенциалов между элск тродированньши торцевыми поверхностями толстой круглой пьезокера мической пластины;
разработка простой эффективной расчетной модели приборов прямоп т.езоэффекта с пьезокерамнческими элементами , работающих при патл иноиарных режимах нагруження.
Н.'.у-чиая новизна полученных результатов заключается в следующем:
5 - предложена обобщенная наследственная вязкоупругая модель ударника
на ее основе построено новое решение динамической задачи о локальны соударении тел конечной жесткости. Разработана методика определения ізкоупругих характеристик падающего тела при известных экспсримен-льных диаграммах ударного взаимодействия реальных падающих обьектов і недеформпровапную преграду. Построенный алгоритм обобщает из-ктные решения для простейших вязкоупругих моделей ударника; -получено новое замкнутое решение несвязанной осееимметричной неста-юнарной задачи электроупругости для толстой круглой анизотропной геналыю поляризованной пьезокерамической пластины при действии на се ірцах произвольной динамической нагрузки. Применен эффективный мате-ітнческий аппарат, представляющий собой вектор - матричную форму руктурного алгоритма метода конечных интегральных преобразований; -разработана методика построения расчетным путем диаграмм электри-ского импульса, индуцируемого в измерительном приборе ударного дей-вня с пьезокерамическим элементом, который предназначен для исследо-ния строительных конструкций;
- на основе численного анализа результатов расчета сделаны обожающие вьтоды об области применения частных вязкоупрзтих моделей ;арника,о зависимости величины и формы ударного импульса от податли-стн преграды. Исследованы вопросы зависимости спектра частот колеба-ій, напряженно-деформированного состояния круглой пьезокерамической [зстины, а также напряженности электрического поля от ее толщины .
Достоверность полученных результатов обеспечивается строгостью, в еделах сформулированных допущений, математической постановки, мето-в решения рассматриваемых динамических задач, совпадением частных зультатов с известными решениями и экспериментальными данными.а кже соответствие качественных результатов расчета с физической карти-й исследуемых процессов.
Практическая значимость. На основе построенных в диссертации решении зработаны алгоритмы и соответствующее программное обеспечение на ЬЪМ типа IBM позволяющие определять контактные усилия, которые в<>:. кают при локальном соударении тел конечной жесткоети.вычиелять дшіа -
мичеоч'ие характеристики, напряженно - деформированное состояние и напр женность наведенного электрического поля в толстых круглых анизотро ных пьезокераыическнх пластинах с аксиальной поляризацией материала.
Разработаны алгоритм и программы вычисления диаграмм "злектрическі напряжение - время" получаемые при соударении твердомера с исследу мымн конструкциями, идентификация которых с экспериментальными кр вы ми позволяет устанавливать класс материала.
Аппробаиия работы и публикации. Основные положения диссертации д кладывались на: II Международном симпозиуме " Динамические и технол гнческие проблемы механики конструкций и сплошных сред " ( Москі 1996 г.), 13-й Межреспубликанской конференции по численным методам j шения задач теории упругости и пластичности ( Новосибирск, 1993 г.); 2 4 * Научных межвузовских конференциях "Математическое моделирован и краевые, задачи" ( Самара, 1992-1994 гг.); Международной научн< конференции "Современные проблемы строительного материалове; ния" ( Самара, 1995 г.); 48,49,51,52-х Областных научно-технических кон4 рснциях СамГАСА ( Самара,!991-1995 гг.). В целом работа докладывала на научном семинаре кафедры "Сопротивления материалов и строительна механики" Самарской Государственной архитектурно-строительной ака; мнк.Основные результаты диссертации опубликованы в 8 печатных работа
Обьсм работы.Диссертация состоит из введения, пяти глав, основні выводов, списка литературы и приложения. Обьем диссертации 1 страниц, в том числе 152 страницы основного текста, включая 33 рнс> ка, 8 таблиц и список литературы, содержащий 125 наименований.
На защиту выносятся: - новая обобщенная модель локального соударения тел конечной жесткост
новые точные решения динамических задач локального нестационарно взаимодействия тел конечной жесткости и нестационарного загружен толстой круглой анизотропной пьезокдэамической пластины;
численный анализ диаграмм ударного импульса ,а также напряжеш деформированного состояния и характеристик индуцируемого электри" ского ноля круглой пластины;
- математическая модель измерительного прибора ( твердомера ) ударно диктзия с пьезокераиическим преобразователем;
шработанный коиплекс программ ориентированный на ПЭВМ типа IBM ограниченными ресурсами памяти и быстродействия.