Введение к работе
Актуальность темы.
Конструкции из композиционных материалов находят все большее применение в современной технике. Для успешной реализации широких возможностей (высокая удельная прочность и жесткость, небольшой удельный вес), заложенных в композиционных материалах, необходима разработка расчетных моделей, позволяющих адекватно прогнозировать несущую способность композитных конструкций. Особенно это важно в случаях, когда конструкции работают в условиях экстремального нагружения. В частности, в ряде случаев, конструкции выполненные из традиционных и композиционных материалов подвергаются действию импульсных и ударных нагрузок, что может приводить к заметным формоизменениям или потере устойчивости элементов конструкций. Для моделирования протекающих при этом нестационарных волновых процессов наряду с созданием адекватных математических моделей деформирования материалов и конструкций необходима разработка эффективных численных методик и программных средств анализа динамического деформирования сложных пространственных оболочечных конструкций. Имеющиеся в этом направлении исследования посвящены, как правило, анализу частот собственных колебаний и линейным задачам динамического поведения простейших элементов конструкций типа балок, колец, пластин и цилиндрических оболочек. В то же время вопросы нелинейного динамического деформирования пространственных оболочечных конструкций остаются практически неисследованными. Таким образом, несмотря на значительный прогресс в области динамики композитных конструкций, нелинейные задачи динамического деформирования и потери устойчивости пластинчато-оболочечных конструкций из традиционных и композиционных материалов исследованы явно недостаточно и являются в настоящее время весьма актуальными.
Цели и основные защищаемые положения работы.
-
Развитие методики численного решения нелинейных задач динамического сформирования пластинчато-оболочечных конструкций из традиционных и композиционных материалов.
-
Разработка алгоритмов и программных средств решения геометрически и ризически нелинейных задач нестационарного деформирования композитных шастинчато-оболочечных конструкций вращения при неосесимметричных шпульсных и ударных воздействиях.
-
Обоснование применимости макрооднородных моделей в задачах динамики сомпозитных конструкций.
4. Исследование нелинейных процессов неосесимметричного деформирования и потери устойчивости композитных пластинчато-оболочечных конструкций вращения при импульсных воздействиях и соударении с жесткими преградами;
Научная новизна.
На основе вариационно-разностного метода развита методика численного решения нелинейных задач динамического деформирования оболочечных конструкций вращения из традиционных и композиционных материалов при неосесимметричных импульсных и ударных воздействиях. Методика основана на модифицированной явной схеме интегрирования по времени типа "крест", позволяющей устранить неустойчивость типа "песочные часы". Разработаны алгоритмы и программные средства анализа нестационарных процессов деформации композитных пластинчато-оболочечных конструкций вращения при импульсном нагружении, контактном взаимодействии с жесткими телами и соударении с плоскими преградами. Получены новые результаты в области исследования динамического поведения, динамической потери устойчивости и применимости макрооднородных моделей на примере решения ряда задач динамического деформирования балок, пластин, цилиндрических оболочек и составных пластинчато-оболочечных конструкций.
Достоверность результатов
Проверка достоверности предлагаемой методики расчета оболочек вращения из композиционных и традиционных материалов при нестационарных неосесимметричных воздействиях осуществлена путем сравнения результатов расчета с известными экспериментальными данными и результатами аналитических и численных решений других авторов, имеющимися в литературе.
Практическая ценность.
Разработанные алгоритмы и программы, а так же результаты численного исследования, процессов динамического деформирования оболочечных конструкций вращения из традиционных и композиционных материалов при неосесимметричных импульсных и ударных воздействиях могут быть использованы в конструкторских бюро на стадии проектирования. Результаты работы внедрены в расчетную практику заинтересованных организаций в виде научно-технических отчетов (№ ГР35668, Инв. №№ Е62376, Е67107, Е70887, Е74061). Диссертационная работа выполнена в соответствии с научно-техническими программами Министерства общего и профессионального образования РФ "Университеты России" и "Динамика", а так же в соответствии с НТП Минатома РФ "Безопасная ядерная энергетика".
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались на: научных конференциях молодых ученых Волго-Вятского региона (Горький, 1986, 1988, 1989); YI Всесоюзной школе "Теоретические основы и конструирование численных алгоритмов решения задач математической физики" (Горький, 1986); II Всесоюзной конференции "Численная реализация физико-механических задач прочности" (Горький, 1987); Школе молодых ученых "Численные методы механики сплошных сред" (Красноярск, 1987); Межреспубликанской научно-технической конференции "Численные методы решения задач строительной механики, теории упругости и пластичности" (Волгоград, 1990); Всесоюзной научно-технической конференции "Обобщение опыта и разработка перспектив применения полимерных композиционных материалов в конструкциях судостроительного назначения и смежных отраслей" (Ленинград, 1990); III Всесоюзной школе молодых ученых "Численные методы механики сплошных сред" (Абрау-Дюрсо, 1991); 12 Всесоюзной конференции "Численные методы решения задач теории упругости и пластичности" (Тверь, 1991); I Всесоюзной конференции "Технологические проблемы прочности несущих конструкций" (Запорожье, 1991); XYI Международной конференции по теории оболочек и пластин ( Н.Новгород, 1993); XYII Международной конференции по теории оболочек и пластин ( Казань, 1996).
Публикации.
Основное содержание диссертационной работы отражено в работах /1-9/.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Основной печатный текст занимает 104 страницы, 63 страницы занимают иллюстрации (79 рисунков), 26 страниц - список литературы ( 256 наименований).
