Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Динамические задачи теории упругости для тонких тел (асимптотический подход) Каплунов, Юлий Давидович

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Каплунов, Юлий Давидович. Динамические задачи теории упругости для тонких тел (асимптотический подход) : автореферат дис. ... доктора физико-математических наук : 01.02.04 / Ин-т проблем механики.- Москва, 1993.- 42 с.: ил. РГБ ОД, 9 93-1/2055-6

Введение к работе

Актуальность темы. Развитие современной техники значительно расширило сферу применения тонких упругих тел (пластин и оболочек). Появляется все больше приложений, для которых основное значение имеют их динамические свойства. Тонкие упругие тела широко используются в качестве волноводов, резонаторов, рассеивателей звука, ответственных узлов систем измерительной техники. В этих случаях помимо традиционных требований к прочности и жесткости, важное значение приобретают их спектральные характеристики и чувствительность к динамическому возбуждению, в том числе нестационарному. Становятся более разнообразными и условия эксплуатации упругих пластин и оболочек в системах и устройствах. При этом все чаще встречаются ситуации (толщинные колебания резонаторов, возбуждение волн Лэмба высших порядков в рассеивателях, распространение фронтов и квазифронтов волн в оболочечных конструкциях и др.), при которых длина волны деформации становится соизмерима с толщиной тела, а характерный временной масштаб протекающих процессов - со временами пробега упругими волнами расстояния между лицевыми поверхностями. Моделируя такие ситуации, даже в самом грубом приближении нельзя пользоваться соотношениями классической теории оболочек (теории Кирхгофа - Лява). Применение к их исследованию трехмерной теории упругости связано в общем случае с принципиальными трудностями. Это стимулирует разработку различных приближенных методов.

Органичным для механики тонких тел является асимптотический подход, основанный на использовании малого геометрического параметра, равного отношению толщины к характерному линейному размеру. Идея его применения к построению приближенных теорий тонких тел исходя из уравнений трехмерной теории упругости восходит к Коши, Пуассону и Сен-Венану. Первые работы, посвященные обоснованию классической теории обо-

лочек, принадлежат Н.А.Кильчевскому, Х.М.Мухштари, В.В.Новожилову и Р.М.Финкельштейну. Общая асимптотическая теория статики оболочек приобрела завершенный вид к началу 70-х годов, главным образом, благодаря усилиям научных школ, возглавляемых И.И.Воровичем и А.Л.Гольденвейзером. За рубежом близкие по духу исследования проводились К.О.Фридрихсом,А.Е.Грином, Е.Л.Рейссом, Э.Рейсснером и др. В дальнейшем асимптотический подход нашел разнообразные применения при построении теорий неоднородных, анизотропных, электро и магнитоупругих тонких тел, а также пластин с неклассическими граничными условиями на лицевых поверхностях (работы Л.А.Агаловяна, М.И.Гусейн-Заде, А.Л.Радовинского, Н.Н.Рогачевой,С.О.Саркисяна,И.В.Симонова, Б.А.Устинова и др.).

Формулировке приближенных моделей для изучения динами
ческих процессов в тонких телах посвящены многочисленные пуб
ликации (см. обзоры Л.Я.Айнолы и У.К.Нигула, Э.И.Григолю-
ка и И.Т.Селезова). Среди них работы, в которых используется
асимптотический подход, относятся в основном к пластинам и
цилиндрическим оболочкам. При этом, как правило, рассматри
вается низкочастотный диапазон (характерный временной масш
таб значительно больше времен пробега упругими волнами рас
стояние между лицевыми поверхностями). Попытки построения
асимптотических теорий в низкочастотном диапазоне для оболо
чек более сложной формы предпринимались Д.Драгицеску и
О.Б.Видерой. Приближенные уравнения движения оболочек в вы
сокочастотном диапазоне (характерный временной масштаб соиз
мерим с временами пробега упругими волнами расстояния^между

-лицевыми-поверхностями)~обсуждались в работах В.Л.Бердичево-кого,Л.Ю.Коссовича и Ле Хань Чау. К ним примыкают статьи П.Е.Товстика и Дж.Ахенбаха, в которых для случая пластины предлагались итерационные процессы интегрирования уравнений теории упругости в окрестности частот толщинных резонансов, а также работы У.К.Нигула и М.Ф.Мехтиева, в которых получены асимптотические представления корней дисперсионных уравнений

для тел канонической формы в высокочастотном диапазоне.

Перечисленными здесь работами были созданы необходимые предпосылки для разработки общего асимптотического подхода, который был бы применим к телам достаточно общей геометрии и позволял бы изучать динамические процессы, для описания которых классическая теория оболочек заведомо не может быть использована. Кроме того, представляет большой интерес изучение возможностей многочисленных уточненных теорий, в основе которых лежат физические гипотезы, отличающиеся от предположений Кирхгофа - Лява.

Целью работы является асимптотический анализ трехмерных уравнений теории упругости в тонких областях на основе единого подхода для низкочастотного и высокочастотного диапазонов и применение его результатов к исследованию динамических процессов в пластинах и оболочках.

Научная новизна. Основные результаты сводятся к следующему:

I. Для оболочки общего очертания построены асимптотичес -кие приближения уравнений динамической теории упругости. В низкочастотном диапазоне имеется только одно такое приближение. Оно является длинноволновым (длина волны деформации значительно превышает толщину) и в главном совпадает с незначительно модифицированными уравнениями теории оболочек Кирхгофа - Лява. В высокочастотном диапазоне уравнения теории упругости имеют два различных асимптотических приближения. Первому из них соответствуют двумерные уравнения, описывающие длинноволновые колебания в окрестности частот толщин-ных резонансов. Второе же приближение является коротковолновым (длина волны деформации соизмерима с толщиной). Отвечающие ему асимптотические уравнения в общем случае остаются трехмерными. Установлено, что область применимости уравнений коротковолновых колебаний имеет пересечения с областями применимости уравнений длинноволновых колебаний и показано, что возможности длинноволновых приближений оказываются исчерпан-

ными, когда длина волны деформации еще значительно больше толщины тела.

  1. Особенности применения предлагаемого подхода продемонстрированы на примере оболочки вращения о меридианом произвольной формы. Дано описание частотного спектра и рассмотрены вынужденные колебания при краевом высокочастотном возбуждении. Разобрана задача синтеза дисперсионных кривых цилиндрической оболочки как трехмерного упругого тела на основе асимптотических приближенных теорий.

  2. Исследованы возможности уточненных теорий пластин и оболочек, опирающихся на физические гипотезы (теорий, учитывающих деформацию сдвига, инерцию вращения и др.). Установлено, что несмотря на асимптотическую непоследовательность, их область применимости в низкочастотном диапазоне, как правило, оказывается более широкой, чем у классической теории. Вместе с тем обнаружено, что область применимости классических теорий пластин и оболочек может быть значительно расширена путем коррекции инерционных членов, основанной на асимптотическом анализе трехмерной задачи. Эффективность классических теорий с приведенной инерцией показана на примере задач о дисперсии упругих волн в слое и об определении собственных частот пластин средней толщины.

  3. Разработанные методы применены к задачам об излучении и рассеянии звука упругими тонкими телами. На их основе получены приближенные формулы, аппроксимирующие точные решения в широком диагазон^іараметр^в__іиіозволяпцие-внявить-неко-— торые~качественные эффекты. К последним относятся подскоки мощности излучения упругого слоя в окрестности частот тол-щинных резонансов, соответствующих поперечным колебаниям; исчезновение резонансов нулевой симметричной волны Лэмба в задачах рассеяния для цилиндрической и сферической оболочек; зависимость добротности резонансов волн высших порядков от их типа при рассеянии наклонно падающей плоской акустической волны цилиндрической оболочкой и др.

5. Расширена сфера применения асимптотических методов в нестационарной динамике тонких тел. Они распространены на оболочки общего очертания для случая плавно менящейся вдоль края изгибающей нагрузки, а также на пластины и на оболочки нулевой кривизны, к краю которых прикладывается продольная дельта-образная сила (обобщение задачи Лэмба). JfeHH эффективные оценки областей применимости различных длинноволновых приближений и изучены погранслои около фронтов и квазифронтов.

Практическое значение результатов диссертации обусловлено возможностью их использования при расчетах и проектировании приборов и конструкций, содержащих упругие тонкие элементы. Они находят применение при интерпретации результатов экспериментов по рассеянию волн оболочками, при определении дисперсионных характеристик упругих волноводов, при исследовании нестационарных процессов в оболочечных конструкциях, при оценке собственных частот за пределами применимости классических теорий пластин и оболочек. Они могут также оказаться полезными при тестировании результатов расчетов, полученных для тел сложной формы численными методами.

Апробация работы.Материалы диссертации докладывались на Научно-технической конференции ЦНИИ им. А.Н.Крылова (Санкт-Петербург, 1988 г.), на Всесоюзном симпозиуме "Взаимодействие акустических волн с упругими телами" (Таллинн, 1989 г.), на Международной конференции по технической аэрогидроупруго-сти (Прага, 1989 г.), на 15-й Всесоюзной конференции но теории оболочек и пластин (Казань, 1990 г.), на 271 Коллоквиуме Евромеха "Дифракция волн на препятствиях и неоднородно-стях в жидкости" (Киев, 1990 г.), на 6-ом Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике (Москва,1991 г.), на 18-ом Международном конгрессе по теоретической и прикладной механике (Хайфа, 1992 г.), на семинарах по механике оболочек и пластин Института проблем механики РАН (1988 г., 1989 г., 1990 г.).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в работах / I - 27 /.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 175 наименований. Она содержит 315 листов текста, включая 50 рисунков и 14 таблиц.