№1-2011 — Механика композиционных материалов и конструкций

Полные тексты статей
https://elibrary.ru/contents.asp?id=33666318

Приложение модели деформирования пористых материалов к расчету эффективных упругих модулей зернистых композитов

В работе предложен метод расчета эффективных упругих модулей зернистых композитов, основанный на модели упругого деформирования пористых материалов. Отличительная особенность метода заключается в осреднении микроскопических напряжений и деформаций не по полному, а по эффективному объему фаз. Получены расчетные зависимости эффективных объемов осреднения от упругих модулей и объемного содержания фаз. Проведено сопоставление результатов расчета с экспериментальными данными при различном сочетании упругих модулей и произвольной объемной концентрации фаз.

> Том 17 > №1 / 2011 / Страницы: 3-18

Структурное моделирование упругих и упругопластических свойств полимер/силикатных нанокомпозитов в условиях конечных деформаций

В работе представлены результаты компьютерного моделирования механического поведения полимер/силикатных нанокомпозитов в условиях конечных деформаций. Частицы наполнителя представляли собой пачки из нескольких параллельных ультратонких силикатных пластинок, разделенных слоями полимера, матрица — нелинейно-упругий или упругопластический материал. Исследовано напряженно-деформированное состояние вокруг отдельного включения в зависимости от его ориентации к направлению внешней нагрузки и свойств матрицы. Для этого была решена задача об однородном растяжении ячейки периодичности в виде прямоугольной области с включением в центре. Определены условия, при которых происходит потеря изгибной устойчивости частицы в процессе макрорастяжения. На основе полученных решений проведена оценка эффективных механических характеристик нанокомпозита в зависимости от свойств матрицы, степени наполнения и ориентации частиц. Построены соответствующие зависимости.

> Том 17 > №1 / 2011 / Страницы: 19-29

Астапов А.Н., Еремина А.И., Лейпунский И.О., Пшеченков П.А., Терентьева В.С.

Влияние архитектуры и компонентно-химического состава на структуру и свойства углеродсодержащих композиционных материалов

Изложены результаты критического анализа состояния вопроса в области разработки и перспектив развития жаропрочных углеродсодержащих композиционных материалов (УКМ) различных классов, комплексного исследования их структуры и окислительной стойкости. Акцентируется внимание на отечественных УКМ с целью выбора конструкционного материала для деталей и узлов летательных аппаратов и двигательных установок новых поколений, работающих в гиперзвуковых потоках кислородсодержащей плазмы при одновременном воздействии нестационарных механических и тепловых нагрузок. Приводятся результаты исследования окислительной стойкости лучших из УКМ, показавшие полную утрату защитных свойств и выгорание материала при Tw>13000C даже в условиях естественной конвекции воздуха. Показана необходимость введения в состав конструкционной стенки дополнительного слоя с более эффективной защитной способностью. Рассматриваются возможности повышения эксплуатационных свойств несущего материала с помощью разрабатываемых высокотемпературных многофункциональных покрытий. Результаты работы могут быть использованы при разработке и проектировании теплонагруженных элементов конструкций изделий авиакосмической и ракетной техники.

> Том 17 > №1 / 2011 / Страницы: 30-52

Галаджиев С.В., Гоголева О.С., Коваленко М.Д., Трубников Д.В.

Особенности напряженного состояния в конечных областях вблизи угловых точек границы

На основе полученных ранее аналитических решений краевой задачи плоской упругости для полуполосы (прямоугольника) рассматриваются два примера, иллюстрирующие особенности поведения решений в окрестности угловых точек границы.

> Том 17 > №1 / 2011 / Страницы: 53-60

Безруков Л.Н., Мягков Н.Н., Шумихин Т.А.

Сравнительная оценка начала фрагментации ударника на дискретном и сплошном экране

Экспериментально сравниваются фрагментационные свойства сплошного и дискретного экрана в интервале скоростей удара ~1.6-3.7 км/сек. Показано, что фрагментация ударника на дискретном экране может начинаться при значительно меньших скоростях удара, чем это происходит на сплошном экране эквивалентном по удельной массе. Уменьшение массы ударника в допороговом (по отношению к сплошному экрану) диапазоне скоростей, при выбранных значениях геометрических параметров ячейки дискретного экрана, может составлять до ~50% от его начальной массы. Особенности разрушения ударника на струнном экране демонстрируются численным моделированием эксперимента.

> Том 17 > №1 / 2011 / Страницы: 61-70

Cыздыков Е.К., Димитриенко Ю.И., Минин В.В.

Моделирование термомеханических процессов в композитных оболочках при локальном нагреве излучением

Разработана модель термомеханических процессов композитных тонкостенных оболочек при высоких температурах с учетом эффектов термодеструкции. Модель учитывает межслойные и поперечные напряжения в оболочке, а также изменение свойств композита при нагреве. Разработан численный метод решения задач внутреннего тепломассопереноса и термомеханики композитных термодеструктирующих оболочек, основанный на процедуре метода конечных элементов для задачи теории оболочек и конечно-разностном методе в сочетании с пошаговым конечно-разностным методом для системы уравнений внутреннего тепломассопереноса.

> Том 17 > №1 / 2011 / Страницы: 71-90

Замкнутая цилиндрическая оболочка под действием локальной нагрузки

В рамках энергетически согласованной теории оболочек исследуется трехмерное напряженно — деформированное состояние (НДС) круговой цилиндрической оболочки, находящейся под действием различного типа локальных нагрузок. Используются результаты ранее опубликованной работы для произвольной оболочки, в которой последняя представляется в виде трехмерного тела. Компоненты НДС оболочки раскладывались в полиномиальные ряды по нормальной координате. Для получения двумерных уравнений и краевых условий применялся принцип возможных перемещений. Для рассматриваемой цилиндрической оболочки использованы полиномы, содержащие нормальную координату на одну степень выше, чем в классической теории типа Кирхгофа — Лява. Приводятся основные уравнения в перемещениях и краевые условия для различных вариантов крепления краев оболочки. Для решения уравнения применяется операционный метод, основанный на преобразовании Лапласа. В результате половина краевых условий задачи заранее удовлетворяется и при переходе от изображений к оригиналам искомые перемещения выражаются в рядах через единичные и гиперболотригонометрические функции. Анализируется влияние различных типов краевых условий и локальных нагружений, длин и толщин оболочки на компоненты НДС.

> Том 17 > №1 / 2011 / Страницы: 91-106

Аникина Т.А., Богачёв И.В., Ватульян А.О.

Идентификация неоднородных характеристик вязкоупругих стержней при изгибных колебаниях

Рассмотрена задача об идентификации неоднородных характеристик вязкоупругих стержней при анализе изгибных колебаниях для различных условий нагружения. Представлен метод построения операторных соотношений, связывающих искомые и заданные функции. Решение построено с помощью итерационного процесса, сочетающего на каждом шаге решение прямой задачи и определение поправок на основе решения интегрального уравнения Фредгольма 1-го рода с гладким ядром. Приведены результаты вычислительных экспериментов по восстановлению неоднородных характеристик вязкоупругих стержней.

> Том 17 > №1 / 2011 / Страницы: 107-115

Обобщенные уравнения Лагранжа второго рода трехмерной теории анизотропных оболочек

На основе вариационного подхода сформулирована начально-краевая задача трехмерной теории анизотропных оболочек. Предложены уравнения движения оболочки, имеющие форму обобщенных уравнений Лагранжа второго рода.

> Том 17 > №1 / 2011 / Страницы: 116-132

Дудченко А.А., Канчая Рохас Рауль Анхель

Методика аналитического расчета на прочность конструкции отсека фюзеляжа из композиционных материалов

Рассматривается методика аналитического решения задачи по определению напряженно-деформированного состояния (НДС) в конструкции, выполненного из композиционных материалов. Разработанная методика, алгоритмы и составленные на их основе компьютерные программы позволяют рассчитывать НДС, оценивать прочность конструкции. Проведена оценка точности предлагаемой методики с результатами, полученными методом конечных элементов.

> Том 17 > №1 / 2011 / Страницы: 133-144

Киямов И.Х., Киямов Х.Г., Якупов Н.М., Якупов С.Н.

Моделирование элементов конструкций сложной геометрии трехмерными конечными элементами

Описывается подход моделирования трехмерных элементов конструкций, имеющих сложную геометрию. Благодаря синтезу идеи параметризации всей рассматриваемой области параметрами единичного куба и метода конечных элементов (МКЭ) с аппроксимацией искомых переменных в пределах каждого элемента интерполяционными эрмитовыми кубическими сплайнами трех переменных, удается получать пространственно искривленные согласованные трехмерные конечные элементы. Определены напряженно-деформированные состояния (НДС) тонкостенной панели со сквозной и несквозной трещиной, а также искривленной балки сложной геометрии.

> Том 17 > №1 / 2011 / Страницы: 145-154