Введение к работе
Актуальность темы. Практика проектирования современных инженерных сооружений на основе трехслойных и подобных им конструкций с легким пористым заполнителем делает актуальным исследование их поведения при ударном взаимодействии с твердыми телами Наиболее распространенными примерами таких конструкций являются трехслойные пластины - важнейший элемент многих судовых, авиационных и других транспортных сооружений, а также двухслойные покрытия. Другим, менее известным примером, может послужить транспортный упаковочный комплект для перевозки радиоактивных материалов (рис. 16-17).
Точное аналитическое решение сложной задачи прогнозирования повреждений трехслойных конструкций, вызванных механическими ударными воздействиями, невозможно Главное затруднение для решения проблемы с помощью численных методов (например, с использованием современных конечноэлементных комплексов) заключается в том, что его реализация требует дополнительных сведений о свойствах материалов, которые, как правило, отсутствуют. Немаловажно и то, что использование результатов такого рода численных расчетов для прогнозирования влияния различных параметров на процесс ударного взаимодействия встречает большие трудности. Поэтому, наряду с основным экспериментальным методом и численным решением задач являются актуальными исследования, направленные на создание методик, позволяющих получить приближенные, но эффективные решения с помощью аналитических методов. При этом очевидно, что подобные исследования не могут быть проведены в рамках единого, общего подхода к описанию деформирования заполнителя в составе трехслойной конструкции. Это объясняется, с одной стороны, разнообразием постановок рассматриваемых задач, с другой -необходимостью выбора разумной меры между трудоемкостью расчета и практической значимостью ожидаемого результата. Эта идея во всей работе была ведущей; она объединяет на первый взгляд не связанные исследования, проводимые в диссертации. В связи со сказанным, актуальным также является построение иерархического подхода при описании работы заполнителя. Это диктуется как необходимостью разработки эффективных методов
„ОС. НАЦИОНАЛЬНА» | 3 БИБЛИОТЕКА
cne«Hm ^/
** *&**!
изучения закономерностей изменения основных механических величин, характеризующих прочность трехслойных конструкций при динамическом контактном взаимодействии с твердыми телами, так и необходимостью учета главного и пренебрежения второстепенным.
Цель работы. Основные цели работы состоят в следующем:
- изучение локального напряженно-деформированного со
стояния трехслойных пластин при динамическом взаимодействии
с твердыми телами; при этом, общий прогиб пластины исключен;
разработка методов оценки баллистического предела трехслойной пластины и величины механической энергии, приходящейся на волновой процесс, при ее пробивании;
моделирование реологического поведения пористого материала с неупругой объемной сжимаемостью на основе стандартных тестов механики материалов;
разработка прикладной методики оценки повреждений наружной части транспортного упаковочного комплекта при его падении на жесткое основание и ударе стержнем.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы теории упругости и механики конструкций, аппарат интегральных преобразований, специальные функции математической физики, а также численные методы.
Научная новизна работы заключается в следующих результатах, выносимых на защиту:
исследовано локальное напряженно-деформированное состояние трехслойной пластины с различными моделями работы пористого заполнителя при динамическом взаимодействии с твердыми телами; при этом заполнитель рассматривался в рамках линейной и нелинейной теории упругости, в простейших моделях считалось, что глобально, заполнитель работает только на сдвиг;
на основе подхода СП. Тимошенко разработана методика решения задач о пробивании трехслойных пластин твердыми телами более общая, чем существовавшие ранее;
проведено исследование реологического поведения пористого материала с неупругой объемной сжимаемостью;
разработана методика и решен ряд задач прикладного характера, связанных с оценкой повреждений трехслойных пластин, а также наружной части транспортного упаковочного комплекта
Достоверность результатов. Большинство результатов, полученных на основе общепризнанных методов механики деформируемого твердого тела и конструкций, подтверждены экспериментально или косвенно, сопоставлением с результатами решения по методу конечных элементов.
Практическая ценность работы. Результаты работы развивают методику расчета трехслойных конструкций при их динамическом контактном нагружении в направлении нормали к несущим слоям и позволяют оценить:
величину внешней нагрузки, при которой заполнитель начинает разрушаться;
величину баллистического предела трехслойной пластины и обосновано выбрать условия лабораторного эксперимента, обеспечивающих воспроизведение заданных параметров удара;
деформацию наружной части транспортного упаковочного комплекта при ударе стержнем и падении на жесткое основание.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на семинаре кафедры сопротивления материалов СПбГМТУ (СПб., 2004); научно-технической конференции по строительной механике корабля "Бубновские чтения" (СПб., 2004); ХХ-ой международной конференции "Математическое моделирование в механике сплошных сред. Методы граничных и конечных элементов" (СПб.,2003); конференции "Кораблестроительная наука и образование" (СПб., 2003); международной конференции "Advanced Problems in Mechanics - 2002" (Репино, 2002); Vlll-ой международной конференции "Устойчивость, управление и динамика твердого тела" (Донецк, 2002); школе-конференции "Лобачевские чтения" (Казань, 2001).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, содержит 110 страниц, 48 рисунков, 3 таблицы и список литературы, включающий 85 наименований.
