Подкрепленных конструкций

Предварительные оценки эффективности применения композиционных материалов по расчетным данным на основании свойств компонентов композиций по правилу аддитивности дают весьма обнадеживающие результаты. Последние показывают возможность повышения прочности примерно в 2 раза, жесткости и сопротивления усталости в 3 раза и т. д. Однако в ряде случаев первая проверка применения указанных материалов в виде подкрепляющих элементов или простой заменой материала отдельных деталей, изготовленных по чертежам, предназначенным для аналогичных конструкций узлов из традиционных сплавов, не дает ожидаемого эффекта, т. е. не позволяет полностью раскрыть достоинства новых материалов.

Этот коэффициент вводится в случае, когда повышение толщины в зоне концентрации напряжений происходит за счет изменения толщины листа и сделано на расстоянии нескольких радиусов. Во всех остальных случаях изменение толщины и наличие подкрепляющих элементов в зоне выреза учитываются коэффициентом

В многослойных оболочечных конструкциях при стыковке отдельных элементов, а также в ряде случаев для создания дополнительной жесткости применяются подкрепляющие силовые элементы. Ниже приводится описание деформирования и условия сопряжения с оболочками вращения кольцевых подкрепляющих элементов (шпангоутов).

При проектировании оболочек определяются формы, распределение толщин, характеристики подкрепляющих элементов, интенсивности и направления армирования, отве-

Подкрепленная многослойная цилиндрическая оболочка. Варьируемыми параметрами при оптимизации подкрепленной цилиндрической оболочки наряду со структурными характеристиками многослойной обшивки являются параметры, характеризующие число t и размеры подкрепляющих элементов:

где /=1,2,...,/л2; k=l,2,...,m^ /=1,2,.. .. m^) - число подкрепляющих элементов семейства; #13 - число семейств подкрепляю-

Ограничения (9.15.18) определяются условиями прочности обшивки и подкрепляющих элементов, общей и местной устойчивости конструкции, а также наличием специфических форм разрушения, зависящих от типа подкреплений и материалов конструкции. Для стрингерно-шпангоутной оболочки условия прочности находятся в предположении о совместном деформировании обшивки и подкрепляющих ребер. Нагрузки распределяются между элементами конструкции пропорционально их жесткостям; предельное значение параметра нагрузки определяется сравнением действующих и предельных напряжений для многослойной обшивки (см. выше) и ребер.

Предельное значение параметра нагрузки по общей устойчивости оболочки может быть получено в рамках континуальной модели ("размазывание ребер") аналогично (9.15.21) с учетом жесткостных характеристик подкрепляющих элементов:

Возможные формы местной потери устойчивости подкрепленной оболочки зависят от вида и расположения подкрепляющих элементов и способа крепления к их обшивке. Наиболее характерны такие формы, как потеря устойчивости обшивки между ребрами подкрепляющих элементов.

Различают два типа местной потери устойчивости подкрепляющих элементов ребер. В случае тонкостенного сечения ребра возможна потеря устойчивости полок профиля и критические напряжения потери устойчивости определяются для удлиненной пластины, сжатой вдоль длинной стороны, а граничные условия - особенностями конкретного профиля.

личия стягивающих накладок и подкрепляющих элементов. Для таких конструктивных схем вероятность обнаружения повреждения обычно велика, поскольку разрушению, как правило, всегда предшествует утечка давления или топлива. Конструктивные схемы класса 5 обычно предназначены сохранять определенную долю начальной прочности в процессе повреждения какого-либо одного элемента и в течение некоторого времени после повреждения, т. е. они должны обеспечивать заданную остаточную прочность. Такого типа конструкции часто называются конструкциями, допускающими повреждения .

"Метод конечных элементов в статике, динамике и устойчивости пространственных тонкостенных подкрепленных конструкций". Учебное пособие/ М; Изд. АСВ, 2000, 152 стр., с илл.,

i онкостенных подкрепленных конструкций.............................. 37

пространственных тонкостенных подкрепленных конструкций с учетом начальных усилий и нелинейности деформирования...... 122

Метод конечных элементов (МКЭ) является современным, динамично (вшивающимся и наиболее широко распространенным на практике методом расчета конструкций на прочность при статических и динамических воздействиях. Метод ориентирован на использование шектронных вычислительных машин. На протяжении более чем двадцати нет автор занимался вопросами нелинейного расчета пространственных ншкостенных подкрепленных конструкций этим методом, совмещая м;учно-исследовательскую работу в научно-исследовательских институтах г преподавательской деятельностью. Практическая работа требовала получения реальных результатов и сводилась к решению конкретных задач расчета и проектирования конструкций и их элементов, а статус преподавателя обязывал находить общие закономерности, присущие различным частным задачам. В результате и родилась идея систематизировать накопленный опыт и изложить его в виде учебного пособия. Пособие может быть использовано студентами старших курсов и аспирантами технических факультетов, специализирующихся в области прочностных расчетов конструкций различных типов методом конечных •лементов, так как содержит вывод разрешающих уравнений, методику их решения и численные результаты. Пособие может быть также полезно инженерам, занимающимся расчетом и проектированием конструкций, поскольку содержит описание методик исследования напряженно-реформированного состояния (НДС) конструкций, применяемых в различных областях техники (строительстве, машиностроении, авиации и пр.). Оно может представить интерес для научных работников, так как (одержит оригинальные подходы к решению различных задач статики, динамики и устойчивости.

Уравнение (1.34) и дает возможность исследовать движение геометрически и физически нелинейных конструкций в приращениях. Из ( 1 .34) как частные случаи могут быть получены уравнения для различных шдач статики и динамики конструкций, что позволяет подойти к решению вдач строительной механики МКЭ с единых методологических позиций и па этой основе обеспечить комплексное решение задач прочности, устойчивости и динамики подкрепленных конструкций.

2. Конечные элементы для расчета пространственных тонкостенных подкрепленных конструкций

3.2. Построение эффективной методики шагово-нтерационного расчета тонкостенных подкрепленных конструкций с использованием нелинейных уравнений

Таким образом, предложенный метод решения геометрически нелинейных статических задач позволяет добиться высокой точности результатов при значительном снижении числа итераций и повышении устойчивости итерационного процесса. Метод может быть использован для расчета широко применяемых в различных областях техники тонкостенных подкрепленных конструкций, так как все необходимые для таких расчетов матрицы получены в главах 1-2. Данный метод может быть использован также для расчета тонкостенных подкрепленных конструкций при одновременном учете геометрической и физической нелинейности. В этом случае при вычислении матриц [К], [Кп/\] и [^„/2J на каждом шаге нагружения необходимо использовать переменные матрицы констант материала [С] (см. формулы (1.51). Лучше всего отвечает такому подходу теория пластического течения, основные соотношения которой применительно к методу конечных элементов приведены в главе 2.

получены лишь для случаев, когда эти несовершенства имеют правильную (регулярную) форму, например, задаются в виде системы волн в осевом и кольцевом направлениях [22]. Предложенный метод расчета позволяет учитывать несовершенства любой формы для пространственных тонкостенных подкрепленных конструкций любого типа.

5. Определение частот и форм собственных колебаний пространственных тонкостенных подкрепленных конструкций с учетом начальных усилий и нелинейности деформирования

Вопрос о влиянии начальных усилий на частоты и формы собственных колебаний конструкций рассматривался и ранее (см., например, [15,34,49]. Исследовались, однако, конкретные конструкции (пластинки, оболочки определенной формы и т.п.). Влияние же начальных перемещений, возникающих при действии статических нагрузок, на динамические характеристики тонкостенных конструкций практически не изучено. В первой главе выведены уравнения, пригодные для расчета частот и форм собственных колебаний конструкций любых типов (одно-, двух- и трехмерных) с учетом их напряженно-деформированного состояния (уравнение (1.63)). Ниже рассматривается реализация этого уравнения для пространственных) тонкостенных подкрепленных конструкций произвольной конфигурация. Класс тонкостенных конструкций выбран по той причине, что именно в них* как следует из предшествующих исследований (см. цитированные вышЩ работы), влияние статических нагрузок оказывается наиболее значительным.