Розглянуто стійкість бороалюмінієвих циліндричних оболонок при спільній дії осьового стиску та рівномірного зовнішнього тиску. Побудовано наближену розрахункову модель деформування шару волокнистого композиту, що складається з пружно-пластичних компонентів. Ця модель покладена в основу виводу рівнянь стану багатошарових оболонок із різноманітними варіантами армування. Нелінійні рівняння докритичного стану розв'язуються за допомогою методу дискретної ортогоналізації при використанні покрокового навантаження. Однорідна задача також розв'язується чисельним методом дискретної ортогоналізації. Показано, що раціональні проекти оболонок при комбінованому навантаженні можна знайти, якщо побудувати криву, що огинає граничні криві, вирахувані для конкретних варіантів армування. Для пружних оболонок огинаюча крива опукла, для пружно-пластичних має змінний знак кривизни.

На підставі варіаційного підходу побудовано математичну модель нестаціонарного процесу теплоперенесення у середовищах з тонкими покриттями та включеннями. Для врахування малих товщин окремих шарів використано гетерогенний підхід, який передбачає зниження вимірності ключових рівнянь математичної моделі в областях тонких включень. Сформульовано варіаційну задачу та теорему про існування та єдиність її розв'язку. Розроблено числову схему дослідження описаних задач, яка базується на напіваналітичному методі скінченних елементів для дискретизації варіаційної задачі за просторовими змінними та різницевою схемою Кранка - Ніколсона для дискретизації за часом. Сформульовано теореми про існування, єдиність та швидкість збіжності числового розв'язку. Наведено приклад стаціонарного процесу в тришаровій параболічній області.

Реалізовано комплексний алгоритм моделювання еволюції поширення магістральних тріщин із урахуванням ефектів розшарування конструкції на базі методу скінченних елементів. Вивчено питання впливу процесу розшарування на коефіцієнт інтенсивності напружень в усті тріщини, а отже, і на швидкість її поширення. Як об'єкт дослідження розглянуто багатошарову підкріплену панель із початковою тріщиною, що перебуває під дією змінних навантажень.

Запропоновано математичну модель розрахунку руху складеної конструкції, яка базується на загальних рівняннях теорії пружності з урахуванням механізму контакту між її елементами. Розвинуто методики числового дослідження нестаціонарних процесів у конструкціях із використанням характеристичних рівнянь руху складових конструкцій. Розроблено ефективні алгоритми розрахунку динамічної взаємодії конструкції, що передбачає можливість відриву чи поновлення контакту між ними, які реалізовано у вигляді пакетів прикладних програм для персональних комп'ютерів. Одержано розв'язання ряду задач, що підтверджують ефективність розробленої методики та мають наукове й практичне значення. Вивчено вплив механічних і геометричних параметрів елементів системи на характер динамічного напружено-деформованого стану розглянутих конструкцій у цілому.

За допомогою варіаційного принципу одержано системи рівнянь і межові умови, які описують поведінку багатошарових циліндричних панелей та оболонок за умов нестаціонарного навантаження в межах уточненої теорії першого порядку. Сформульовано задачу про коливання багатошарових циліндричних оболонок у межах тривимірної теорії пружності. Поведінку кожного шару описано системою рівнянь Ламе. Визначено, що за всіх випадків порядок систем рівнянь залежить від числа шарів у пакеті. З використанням запропонованих теорій досліджено коливання багатошарових циліндричних панелей та оболонок у випадку імпульсного навантаження, а також коливання багатошарових циліндричних панелей, що лежать на пружній основі. Поставлено та розв'язано задачу про мінімізацію маси багатошарової циліндричної панелі за умов імпульсного навантаження. Удосконалено методику розрахунку птахостійкого оскління літальних апаратів.

Розроблено підхід до числового рішення зв'язаних задач термопружності анізотропних шаруватих конструкцій за силових і термічних навантажень. Одержано співвідношення для тривимірного скінченного елемента, який враховує особливості полів переміщень і температур у шаруватій конструкції з анізотропними шарами. З використанням запропонованого елемента розв'язано низку тестових задач термопружності та теплопровідності. Розроблено алгоритм розв'язання зв'язаної задачі термопружності, реалізований як пакет прикладних програм. Проведено розрахунок конструкцій промислового призначення, зокрема, багатошарового обтікача, великогабаритних шин типу 40.00, 27.00 та 18.00.

Дисертацію присвячено побудові математичних моделей динамічної поведінки пластин та циліндричних оболонок, що взаємодіють з шаровими спрямовано армованими композитами. За даних умов, для кожного шару використано динамічні рівняння теорії пружності з точним врахуванням механізму взаємодії матриці та армувань. З метою реалізації побудованих моделей запропоновано спеціальні чисельно-аналітичні алгоритми, що базуються на методах інтегральних перетворень Фур'є і Лапласа та квадратурних формулах для їх обернення. Досліджено напружено-деформований стан елементів конструкції подібного виду, зроблено висновки про час встановлення процесу та перехід до стаціонарного режиму. Оцінено вплив кількості армувань та їх жорсткості на розподіл переміщень та напружень.

Побудовано теорію та методику розрахунку пригнічення коливань тришарових оболонок за допомогою розподілених п'єзоелектричних сенсорів та актуаторів. Були отримані формули розрахунку компонентів матриць скінченних елементів. При проведенні натурного та чисельного експериментів були отримані результати з відносною різницею, яка перевищує 5.2%, що є підставою для висновку про можливість проведення чисельних експериментів для інших моделей. Була також проведена низка тестових розрахунків, результати яких виявилися достатньо близькими до результатів розрахунків із застосуванням інших відомих методів, а також були проведені практичні обчислення, розраховані на перспективні застосування.

На підставі варіаційного принципа Гамільтона - Остроградського одержано рівняння коливань і відповідні природні граничні умови тришарових оболонок обертання (ТОО) з урахуванням дискретності наповнювача у межах геометрично нелінійної теорії оболонок і стрижнів типу Тимошенка у квадратичному наближенні. Удосконалено ефективний числовий метод і створені числові алгоритми розв'язку динамічних задач нестаціонарних коливань ТОО з урахуванням дискретності наповнювача. Розглянуто задачі динамічної їх поведінки різної геометрії з урахуванням дискретності наповнювача для випадку вісесиметричних коливань за різних граничних умов і типів навантаження (циліндричні оболонки у разі осьового та розподільного нормального навантаження, сферичні з отвором і конічні з розподіленим внутрішнім нормальним навантаженням). Невісесиметричні коливання розглянуто у задачах динамічної поведінки тришарових циліндричних оболонок для випадків повздовжнього дискретного та поздовжньо-поперечного дискретного наповнювачів. Проведено аналіз числових результатів, закономірностей та механізмів ефектів, які характерні для хвильових процесів у даних тришарових оболонках.

Розглянуто задачу нелінійного деформування та стійкості тришарових просторових конструкцій, які мають вихідні дефекти типу розшарувань або утворені в процесі експлуатації внаслідок дії статичного навантаження. Об'єктами дослідження були тришарові пластинки й оболонки, які є несучими елементами конструкцій, що застосовуються у будівництві, машинобудуванні, авіаційній техніці. На підставі дискретного підходу запропоновано розрахункову модель, побудовану з використанням класичних і некласичних моделей оболонок, яка враховує не тільки високу поперечну деформативність і податливість поперечному зсуву заповнювача, але й можливість еволюції розшарувань і однобічний контакт між суміжними шарами в межах дефектних ділянок. Розроблено ефективний алгоритм для розв'язку геометрично та конструктивно нелінійної задачі, яка об'єднує концепції методу продовження розв'язку за параметром, методу Ньютона - Кантаровича та ітераційного методу для визначення реальної форми деформування. Встановлено закономірності деформування та втрати стійкості тришарових пластинчастих і оболонкових елементів конструкцій з урахуванням еволюції розшарувань і однобічного контакту між шарами.

Предложена методика оценки прочности тонкостенных конструкций из композиционных материалов, структура которых определяется набором разноориентированных однонаправленных армированных слоев. Рассмотрен многослойный полый цилиндр из трансверсально-изотропного материала с заданной структурой армирования. Показано, что предлагаемая методика расчета несущей способности многослойных конструкций дает удовлетворительные результаты, которые хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Получено структурное решение задач нестационарной теплопроводности для многослойных элементов конструкций, основанное на использовании операционного метода. Воздействие электромагнитных полей различной физической природы учтено введением источника тепла в уравнении теплопроводности и в граничных условиях. Для решения нелинейных задач нестационарной теплопроводности (с общей нелинейностью) применен метод последовательных интервалов, основанный на структурных решениях линейных задач. В результате анализа экспериментальных данных, известных из литературы, и результатов числовых параметрических исследований установлена связь между температурными полями и скоростью трубы в теплотехнологическом процессе при непрерывной высокочастотной сварке.

На підставі співвідношень ітераційно-аналітичної теорії розроблено та числово реалізовано в середовищі ABAQUS восьмивузловий багатошаровий кінцевий елемент користувача (USER IAT FE). Кінцевий елемент надає можливість ефективно досліджувати процеси нелінійного деформування і руйнування просторових багатошарових систем. Скінченно-елементні моделі, побудовані на базі розробленого уточненого восьмивузлового багатошарового елемента, мають стійкі показники збіжності рішень як для тривимірних тіл, так і для тонких плит і оболонок. Під час дослідження тонких просторових конструкцій відношення товщини кінцевого елемента USER IAT 3D до його довжини у плані у разі згину може досягати 1/500, а в разі розтягнення - 1/1000. Для багатошарового USER IAT 3D СЕ стійкі показники збіжності зберігаються за зміни характеристик жорсткості шарів на шість порядків і більше, що свідчить про можливість моделювання на його основі процесів розшарування. Використання багатошарового USER IAT 3D кінцевого елемента не веде до підвищення порядку систем розв'язуваних рівнянь у порівнянні з використанням стандартних восьмивузлових кінцевих елементів.

Исследованы методы автоматического распознавания отпечатков электрода на цифровых изображениях при точечной сварке трехслойных сотовых конструкций: корреляционный метод, статистический и нейросетевой. Разработаны алгоритмы для распознавания отпечатков электрода на поверхности трехслойной конструкции с помощью оптической сенсорной системы. Показана высокая эффективность разработанных алгоритмов.

The failure behavior of composite sandwich beams under three- and four-point bending was studied. The beams were made of unidirectional carbon/epoxy facings and various core materials including PVC closed-cell foams, a polyurethane foam and an aluminum honeycomb. Various failure modes including facing wrinkling, indentation failure and core failure were observed and compared with analytical predictions. It was established that the initiation, propagation and interaction of failure modes depend on the type of loading, constituent material properties and geometrical dimensions.

Розроблено методи розв'язання задач нестаціонарного та термопружного деформування багатошарових пластин і циліндричних оболонок зі складною формою плану під дією силових і температурних навантажень. Деформування пластин та оболонок розглянуто у межах уточненої теорії першого порядку, яка враховує деформації поперечного зсуву, обтиснення вздовж товщини, інерції обертання й обтиснення вздовж товщини нормального елемента в кожному шарі. Досліджено вплив конструктивних параметрів та умов навантаження на напружено-деформований стан багатошарових пластин і циліндричних оболонок складної форми в плані за імпульсного й ударного навантаження. Одержано нові результати з дослідження температурних полів і напружень у багатошарових пластинах різної форми з різними граничними умовами. Сформульовано та розв'язано нові задачі оптимального проектування багатошарових пластин та оболонок з ізо- й ортотропними шарами за імпульсного навантаження з урахуванням геометричних і міцнісних обмежень. Розроблено нову дворівневу ітеративну схему оптимального синтезу багатошарових анізотропних пластин мінімальної маси з найбільшою згінною жорсткістю. Розроблено комплексну методику розрахунку на міцність багатошарових елементів оскління для літаків різних типів під дією експлуатаційних навантажень.

Отмечено, что применение слоистых конструкционных материалов перспективно при решении проблемы повышения надежности и долговечности тяжелонагруженных машин и оборудования. Рассмотрена возможность исопльзования сварки взрывом с целью получения многослойных конструкций с высоким ресурсом трещиностойкости, достигаемым за счет управления составом и свойствами зоны соединения путем введения барьерных слоев. В качестве барьерного слоя предложено использовать металлы, не взаимодействующие в твердом состоянии или образующие твердые растворы замещения (ванадий, медь, никель). Анализ результатов испытаний слоистых образцов на многоцикловую усталость в условиях пульсирующего растягивающего цикла позволил установить кинетику усталостного разрушения, зависящего от структурного состояния межслойной границы металлической композиции. Показано, что введение в структуру композиции промежуточного металлического слоя, характеризующегося резко отличными физико-механическими свойствами и повышенной вязкостью, приводит к повышению трещиностойкости материала по сравнению с одноименным эквивалентом.

Розглянуто теоретичні дослідження, спрямовані на вивчення та визначення напружень в тришаровій циліндричній конструкції, з використанням заповнювального шару зі зменшеним модулем пружності по відношенню до зовнішнього та внутрішнього шарів. За проведення аналізу та теоретичного дослідження конструкції були взяті за основу патенти та технічна документація на вже існуючі конструкції ходових коліс з проміжним шаром, які використовуються в залізничному та міському транспорті (трамвай, метро), а також в останній час почали одержувати поширення у вантажопідйомних і транспортувальних машинах на промислових підприємствах. В результаті досліджень були встановлені залежності взаємних переміщень різних шарів трьохшарової циліндричної конструкції за прикладення до них радіального навантаження. Одержане рішення дозволяє визначити напружений стан циліндричної оболонки в залежності від геометричних і фізичних параметрів шарів, а також закону розподілення прикладеного навантаження.

Рассмотрены теоретические исследования, которые направлены на изучение и определение напряжений в трехслойной цилиндрической конструкции с использованием заполняющего слоя с уменьшенным модулем упругости по отношению к наружному и внутреннему слоям. При проведении анализа и теоретического исследования конструкции были взяты за основу патенты и техническая документация на уже имеющиеся конструкции ходовых колес с промежуточным слоем, которые используются в железнодорожном и городском транспорте (трамвай, метро), а также в последнее время начали получать распространение в грузоподъемных и транспортирующих машинах на промышленных предприятиях. В результате исследований были установлены зависимости взаимных перемещений различных слоев трехслойной цилиндрической конструкции при приложении к ним радиальной нагрузки. Полученное решение позволяет определить напряженное состояние цилиндрической оболочки в зависимости от геометрических и физических параметров слоев, а также закона распределения прилагаемой нагрузки.

The theoretical research that is aimed at studying and estimation of tensions in the cylindrical sandwich with using of the filling layer with reduced modulus of elasticity towards external and internal layers are studied. During analysis and theoretical research of construction the patents and technical documentation of already existing constructions of wheels with interlayer that in the rail and city transport (tram, subway) are using also at last time began become spreading in the hoisting machines and transport vehicles at the enterprises as base were took. In the research results the dependences of mutual movements of different layers of cylindrical sandwich during radial load application to them were established. Received solution allows to estimate the state of stress of the cylindrical shell depending on geometrical and physical parameters of layers and also of distribution law of applicable load.

Наведено методику визначення параметрів конструкції багатошарових товстостінних конструкцій з локальним навантаженням по ділянці внутрішньої поверхні, що розташована біля торця. Конструкція передбачає використання двох шарів, з яких зовнішній може бути меншої висоти. Методика включає отримання чисельних результатів обчислення напруженого етану внутрішнього циліндра, їх апроксимації, використання розв'язку Ламе-Гадоліна для розрахунку бандажа. У розрахунковій схемі першого циліндра інтенсивність внутрішнього і зовнішнього навантаження прийнято постійною. Результатом досліджень є аналітичні співвідношення, які пов'язують коефіцієнти товстостінності циліндра і висоту бандажа з їх міцнісними характеристиками. Використання цих співвідношень дозволяє здійснювати оптимізацію конструкції. Наведено чисельні результати, отримані при апроксимації та оптимізації конструкції.

Індекс рубрикатора НБУВ: В251.209.065 + Ж47

Рубрики:

Багатошарові конструкції

Шифр НБУВ: ДС43573 Пошук видання у каталогах НБУВ