Введение к работе
Актуальность. Одной из задач повышения эффективности строительства является снижение материалоемкости и стоимости конструкций при сохранении условий их надежности и долговечности. Эта задача может решаться применением конструкций из композиционных материалов или многослойных пластин и оболочек. Такие конструкции обладают высокой прочностью и жесткостью при относительно малой массе с хорошими звукоизоляционными свойствами.
В нефтегазовом комплексе при изготовлении оснований блок - боксов, в защитных сооружениях объектов атомной энергетики, в машиностроении применяются многослойные конструкции. В последние время большое внимание при проектировании уделяется применению многослойных пластин и оболочек с различным исполнением связей между слоями. Между собой слои соединяются анкерами, закладными деталями или другими связями, как дискретного, так и непрерывного типа.
Как показывает практика, такие связи не обеспечивают полную совместность работы всего пакета в целом, т.е. наблюдается сдвиг одного слоя по отношению к другому, т.е. по линиям шва происходит нарушение сплошности. Тогда вопросы прочности этих конструкций следует рассматривать с учетом жесткости межслойных связей типа анкеров или закладных деталей. Используемый, в настоящее время "СниП 2.03.01-84. " для расчета строительных конструкций не учитывает данные явления (сдвиг одного слоя по отношению к другому).
Провести расчет конструкций с учетом конечной жесткости межслойных связей позволяет теория изгиба составных пластин и оболочек. При этом численная реализация в соответствии с данной теорией довольно сложна. Поэтому задача разработки метода расчета тонкостенных пластин и пологих оболочек с анкерным и другим соединением слоев, где учитывался бы сдвиг одного слоя по отношению к другому, весьма актуальна.
ІІель работы заключается в развитии математической модели составных конструкций, позволяющей получить решение задачи изгиба составных пластин и пологих оболочек с анкерным соединением слоев.
Научная новизна работы состоит в следующем:
развиты положения, позволяющие задачу изгиба составных пластин и пологих оболочек сводить к решению известных дифференциальных уравнений технической теории однослойных тонкостенных систем;
получены соотношения для определения коэффициентов приведения к монослою при рассмотрении задачи изгиба составных пластин и пологих оболочек с анкерным соединением слоев;
проведена оценка достоверности результатов развиваемого варианта теории изгиба составных пластин и пологих оболочек в сравнении с дискретным (известным);
используя развиваемые положения теории, проведены исследования влияния отдельных параметров (кривизны, жесткости слоев, размеров в плане диаметров анкеров и шага их расстановки) составной конструкции на её напряжённо-деформированное состояние.
На зашиту выносятся следующие положения:
- система дифференциальных уравнений теории изгиба для составных
пластин и пологих оболочек, позволяющая свести расчетную задачу к
рассмотрению однослойных тонкостенных конструкций;
методика приведения составной конструкции при анкерном соединении слоев к однослойной;
алгоритм расчета составной пологой оболочки с анкерным соединением слоев при изгибе, основанный на разрешении системы дифференциальных уравнений или использовании известных решений;
- результаты исследования поведения под нагрузкой составных пластин
и пологих оболочек при анкерных межслойных связях.
Достоверность результатов подтверждена сравнением развиваемой математической модели с дискретным вариантом теории составных пологих оболочек. Приведено сопоставление численных результатов с расчетами однослойных конструкций.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработаны программы с целью расчета составных пластин и пологих оболочек с анкерным соединением слоев. Проведено определение напряженно-деформированного состояния составных конструкций. Для ряда задач изгиба составных пластин и пологих оболочек с анкерным соединением слоев разработана инженерная методика, где результаты по исследованию жесткости межслойных связей представлены в виде формул.
Полученные результаты рекомендуются к использованию в проектных и научно - исследовательских организациях при проектировании и расчете многослойных составных конструкций с анкерным соединением слоев.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались и докладывались на IV международной научно-технической конференции "Проблемы прочности материалов и соединений на транспорте" (г. Санкт-Петербург, 1999), на научно-технических семинарах кафедры "Теоретическая и прикладная механика" Тюменского государственного нефтегазового университета (1998, 2000г.), на научном семинаре кафедры "Строительная механика" Тюменской государственной архитектурно-строительной академии (2000г.).
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликованы четыре статьи и тезисы докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем работы 83 страницы машинописного текста; 61 страниц рисунков и 21 страница таблиц. Библиографический список литературных источников включает 115 наименований.