Введение к работе
Актуальность темы. Широкое применение биметаллов, трехслойных и многослойных материалов, стеклопластиков и других полимерных материалов требует необходимости проведения исследований и создания методов расчета неоднородных конструкций. Из года в год растет число публикаций в этом направлении. Важной составляющей являются процессы теплообмена и колебаний в многослойных пластинчатых и пологих оболочечных конструкциях, входящих в состав механических систем (МС).
Внешние периодические воздействия влияют на устойчивость и эффективность. Среди множества работ по динамике пластин следует выделить фундаментальные труды В.В. Болотина о распределениях собственных частот упругих тел.
Современные разработки позволяют не только минимизировать нежелательные воздействия, но и вносить дополнительные полезные конструктивные решения, позволяющие создавать МС с новыми свойствами. Интересными являются работы Е.П.Клигмана, Н.А.Юрловой, в которых рассматривается включение в состав пластинчатых конструкций пьезоэлектрических покрытий. Это позволяет оптимизировать динамические характеристики системы посредством управляемых периодических воздействий, однако приводит к существенному усложнению конструкции не только с точки зрения изготовления, но и с точки зрения теоретического исследования её поведения.
При работе МС встречаются существенные колебания температуры. Если же на термодинамическую систему оказывать периодические тепловые воздействия, в ней возникают вынужденные термические колебания, которые в сплошной среде распространяются в виде тепловых волн, что описано в работах Г.С.Карслоу, А.В.Лыкова, А.Ф.Шестопала, А.М.Шкловера и порождают всевозможные периодические изменения (пульсации) размеров и формы тела, а также его положения в пространстве, т.е. механические вибрации. Высокую значимость имеет изучение особенностей температурных колебаний и их роли в возникновении и поддержании колебаний механической природы. Это частный случай комбинированных колебаний, называемых термомеханическими. На его основе могут быть построены полезные термомеханические системы (ТМС).
Фундаментальное изучение распространения тепловых импульсов в изотропных и анизотропных средах описано в монографии В.Новацкого, однако исследуемые бесконечные и полубесконечные пространства с точечными и линейными источниками тепла отстоят довольно далеко от практического их применения.
Задачи о теплопроводности, тепловом упругом деформировании и вынужденных механических колебаниях исследованы крайне мало. Например, С.И.Стреляевым и В.В.Ветровым экспериментально обнаружено, что периодическое воздействие тепла с определенными параметрами на пластину, приводит к вынужденным колебаниям, а при длительном тепловом периодическом воздействии на поведение конструкции так же значимо влияют реологические свойства материала.
Варианты поведения пластин в нестационарном неоднородном температурном поле представляют особый интерес для многих областей новой техники, а также для всех тех «устоявшихся» областей, в которых происходит внедрение облегченных конструкций и новых материалов. Например, стеклотекстолит,
используемый для изготовления печатных плат, эксплуатируется при значительном отклонении температуры от окружающей среды, за счет разогрева ЭРЭ в процессе их функционирования. Так, по данным ФГУП НИИ «Стрела» (г. Тула) в некоторых образцах РЭА локальные значения температуры в местах установки ЭРЭ достигают 80... 100С.
Исследование термоупругих деформаций удобно производить методами математического моделирования, что позволит анализировать влияние геометрии и свойств материалов. Однако на начальном этапе необходима экспериментальная апробация для проверки достоверности разрабатываемых моделей.
Изложенное выше определяет актуальность, практическую значимость и цель работы.
Цель работы: экспериментальные исследования и построение математических моделей движения пластины в нестационарном неоднородном температурном поле.
Объект исследования тонкое тело из линейно вязкоупругого материала, под действием нестационарного неоднородного температурного поля.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
создана экспериментальная модель и проведено исследование движения стержня при воздействии импульсного температурного поля;
построена математическая модель шарнирно-опертой линейно-вязкоупругой прямоугольной пластинки, позволяющая изучить взаимосвязь параметров пластинки с эффектами действия температурного поля.
Методы исследования применявшиеся в работе:
экспериментальное исследование с использованием измерительной системы с заданной точностью, статистическая обработка полученных данных;
апробированные методы механики деформируемого твердого тела и строгого математического аппарата;
сравнение результатов с результатами других авторов.
Достоверность и надежность основных научных и практических результатов обоснована:
использованием классических апробированных методов механики деформируемого твердого тела и строгого математического аппарата;
сравнением результатов с результатами других авторов и экспериментально полученными данными с проверкой сходимости вычислительных процессов.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
результаты экспериментов могут быть использованы при проектировании новых компонентов РЭА для повышения надежности или обеспечения штатного функционирования в области заданных внешних условий;
построена математическая модель движения шарнирно опертой пластины в нестационарном неоднородном температурном поле, которая может быть использована для разработки, оптимизации и управления формообразованием пластинчатых элементов конструкций.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались автором на международных и всероссийских научных конференциях и семинарах, в том числе на:
- LVII Научная сессия, посвященная Дню Радио (Москва, 2002г.);
Международной научной конференции «Современные проблемы математики, механики, информатики» (Тула, 2009г.);
Международной научной конференции «Современные проблемы математики, механики, информатики» посвященной 100-летию со дня рождения А.А.Ильюшина (Тула, 2011г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, из них 2 статьи из перечня, определенного Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех разделов, заключения и списка литературы из 156 наименований и содержит 110 страниц машинописного текста, 48 рисунков, 5 таблиц.
