Нелінійне деформування і стійкість багатошарових елементів конструкцій з дефектами структури

Abstract

На основі дискретно-структурної теорії розроблений єдиний підхід до розв’язання задач міцності й стійкості багатошарових тонкостінних елементів конструкцій з міжшаровими дефектами структури. Запропоновано варіаційну постановку геометрично нелінійних контактних задач при розрахунках анізотропних тонкостінних елементів з урахуванням як ідеальних, так і однобічних зв`язків контактних поверхонь армованих шарів з різними фізико-механічними характеристиками. Побудовані рівняння змішаної задачі для анізотропного шару, що включають деформації поперечного зсуву та стиснення; надані кінематичні й статичні умови контакту на лицьових поверхнях. Отримані лінеаризовані рівняння стійкості багатошарових тонкостінних елементів конструкцій з міжшаровими дефектами структури. Розроблено нову дискретно-сруктурну модель деформування багатошарових тонкостінних елементів з неідеальним міжшаровим контактом; прийнято, що, коли умови неперервності переміщень і напружень (ідеального контакту) при переході від одного сусіднього армованого шару до іншого не виконуються, припускається пружне проковзування на контактних поверхнях. Вивчено вплив структурної неоднорідності шаруватого матеріалу на макрорівні із застосуванням алгоритму поетапного навантаження і використання того або іншого варіанта запропонованих розрахункових моделей багатошарової конструкції. Перехід від одного варіанта розрахункової моделі до іншого визначається умовами міцності композита в точках контактних поверхонь найбільш навантажених шарів конструкції. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3497

На основе дискретно-структурной теории разработан единый подход к решению задач прочности и устойчивости многослойных тонкостенных элементов конструкций с межслойными дефектами структуры. Предложена вариационная постановка геометрически нелинейных контактных задач при расчете анизотропных тонкостенных элементов с учетом как идеальных, так и односторонних связей по сопряженным поверхностям жестких армированных слоев с различными физико-механическими характеристиками. Построены разрешающие уравнения смешанной задачи для анизотропного слоя, включающие деформации поперечного сдвига и обжатия; дан вывод кинематических и статических условий контакта на лицевых поверхностях. Получены линеаризованные уравнения устойчивости многослойных тонкостенных элементов конструкций с межслойными дефектами структуры. Разработана новая дискретно-структурная модель деформирования многослойных тонкостенных элементов с ослабленным межфазным контактом; принято, что напряжения поперечного сдвига и обжатия на границе контакта равны между собой и при этом допускается упругое проскальзывание по поверхности контакта смежных слоев. Дано теоретическое обоснование двух подходов по моделированию контактного взаимодействия слоев оболочки из композиционного материала. В первом из них ослабленная межфазная граница представляет собой дополнительный контактный слой, например клеевой, ненулевой толщины с заданными физико-механическими свойствами. При втором подходе в дефектной области (непроклей или расслоение) возможное контактное давление между слоями принимается пропорционально разности нормальных перемещений сопряженных поверхностей смежных слоев. Разработана и апробирована экспериментальная методика оценки достоверности основных положений и результатов работы, кроме того, получено численное решение большого количества тестовых задач. Создано программное обеспечение для ПЭВМ, позволяющее решать широкий класс одномерных и двухмерных контактных задач, выявлены основные закономерности изменения напряженного состояния и контактного давления в зоне локальных участков непроклея или расслоений. Изучено влияние структурной неоднородности слоистого материала на макроуровне с применением алгоритма поэтапного нагружения и использованием того или иного варианта предлагаемых расчетных моделей многослойной конструкции. Переход от одного варианта расчетной модели к другому определяется условиями прочности композита в точках поверхности сопряжения наиболее нагруженных слоев конструкции. Предложена новая конструкция комбинированного баллона высокого давления, которая состоит из набора тороидальных сегментов из стеклопластика, защищенных с внешней стороны металлической обшивкой, методом вариантного сравнения проведен анализ несущей способности такого баллона. Исследовано влияние межфазных дефектов структуры материала на величину несущей способности и параметры критической нагрузки целого ряда тонкостенных элементов конструкций из композиционных материалов. Даны рекомендации относительно оптимальных схем армирования отдельных слоев и эффективных вариантов их закрепления по контуру, которые позволяют увеличить несущую способность конструкции и создают условия равнопрочной работы материала слоистых элементов без увеличения массы. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3497

Based on a discrete - structural theory, a single approach to the solution of strength and stability problems of multi-layer thin-walled structure elements with interlayer defects in the structure material is worked out. The variational formulation of the geometrically nonlinear contact tasks while calculation of anisotropic thin-walled elements with taking into consideration of both ideal and unilateral constraints on the conjugate surfaces of rigid reinforced layers with various physical and mechanical characteristics was suggested. Physically and mathematically correct resolving equations of mixed task for anisotropic layer including deformations of cross-shift and reduction are defined; deduction of kinematic and static conditions of the contact on the surfaces is given. Linearized stability equations of multi-layer thin-walled elements of structure with interlayer defects in material’s structure are received. A new discrete-structural model of deformation of multi-layer thin-walled elements with weakened interphase contact is worked out; it is accepted that the tensions of cross shift and reduction on the contact’s edge are equal and at that elastic slipping on the surface of contact’s adjacent layers is assumed. Theoretical basis of two approaches for modeling contact interaction of composite material’s shell layers is given. The influence of structural heterogeneity of the laminated material at the macro level has been studied with using the algorithm of stepwise loading and application of one or another variant of proposed calculation models of multi-layer structure. The transition from one variant of calculation model to another is defined by the conditions of the composite’s strength in the surface’s junction points of the most loaded struction’s layers. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3497