СПОСОБ СТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА ПАНЕЛЕЙ, СОСТОЯЩИХ ИЗ ИЗОТРОПНОГО МАТЕРИАЛА И УСИЛЕННЫХ ТРЕУГОЛЬНЫМИ КАРМАНАМИ

1. Способ задания размеров аналитическим методом, по существу, плоской панели, состоящей из однородного и изотропного материала, причем панель состоит из обшивки, армированной набором (именуемым “сеткой”) из трех параллельных пучков элементов жесткости, встроенных в панель, причем карманы, определенные на обшивке группами элементов жесткости, имеют треугольную форму, при этом элементы жесткости выполнены в форме пластин, причем усиленная панель должна соответствовать техническим условиям на механическое сопротивление заранее определенным внешним нагрузкам,
отличающийся тем, способ содержит следующий этапы:
- этап 1 ввода значений входных данных, относящихся к геометрии панели, материалу и к нагрузке, прикладываемой к панели,
- этап 2 вычисления прилагаемых напряжений в обшивке панели и элементах жесткости исходя из геометрии панели, усиленной треугольными карманами, и прилагаемых внешних нагрузок;
- этап 3 вычисления внутренних нагрузок, возникающих в различных составляющих усиленной панели;
- этап 4 анализа сопротивления, содержащий вычисление коэффициента запаса прочности материала при допустимой и предельной нагрузке;
- этап 5 вычисления допустимых для панели локальных напряжений, содержащий вычисление коэффициента запаса прочности при максимальных напряжениях;
- этап 6 вычисления общей потери устойчивости панели,
содержащий вычисление коэффициента запаса прочности для плоской усиленной панели в условиях чистой и комбинированной нагрузки;
- при этом этапы 4-6 выполняют независимо друг от друга исходя из результатов этапа 3, при этом этапы способа повторяют методом итераций для различных значений входных данных до получения коэффициента запаса прочности, позволяющего задать размеры и расположение элементов панели для обеспечения заданного механического сопротивления.
2. Способ по п. 1, в котором входные данные этапа 1 ввода содержат механические параметры, относящиеся к материалу, размерам панели, прямому сечению элементов жестокости, размерам ребра элемента жесткости, постоянной толщине панели, а также к границам нагрузки панели.
0°
+θ
-θ
skin
ep
st
st
st
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе 3 корректируют прилагаемые нагрузки с учетом пластичности, с использованием итерационного метода для расчета пластических напряжений, осуществляемого, пока пять параметров материала (E, E, E, E,ν), введенные на этапе 1, по существу, не сравняются с соответствующими параметрами, полученными в результате расчета пластического напряжения.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап 5 включает в себя этап 5A, на котором рассчитывают допустимый поток коробления и коэффициент запаса прочности для карманов в виде равнобедренного треугольника, причем прилагаемые напряжения, учтенные для расчета коэффициента запаса прочности, являются напряжениями, действующими, только на обшивку, причем используемые внешние потоки, будучи потоками, прилагаемыми к
обшивке, не соответствуют усиленной панели, испытывающей полную нагрузку.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что этап 5А включает в себя два подэтапа: подэтап, на котором рассчитывают допустимые значения для пластин, подвергающихся вариантам чистой нагрузки (сжатию в двух направлениях в плоскости, сдвиговой нагрузке), с использованием метода конечных элементов, и после него подэтап, на котором вычисляют кривые взаимодействия между этими вариантами чистой нагрузки.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что расчет допустимых значений включает в себя подэтапы, на которых
- создают параметрическую модель FEM треугольной пластины,
- испытывают различные комбинации для получения результатов коробления,
- получают параметры, согласующиеся с аналитической полиномиальной формулой.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что, в случае чистой нагрузки, кривые взаимодействия задают на подэтапах, на которых
- создают модели конечных элементов нескольких треугольных пластин с разными углами равнобедренного треугольника, причем угол (θ) равнобедренного треугольника определяется как угол при основании равнобедренного треугольника, при этом
- для каждого угла равнобедренного треугольника:
1) производят расчет посредством модели конечных элементов для определения допустимого потока складкообразования (без поправки на пластичность) для различных значений толщины пластины,
1
2
2) отслеживают кривую допустимого потока коробления согласно отношению  (D– жесткость пластины, h– высота треугольника), причем эта кривая определяется для малых значений отношения , уравнением второй степени согласно этому отношению, коэффициенты K и K которого зависят от угла и рассматриваемого варианта нагрузки,
1
2
3) отслеживают постепенное изменение коэффициентов K и K полиномиального уравнения в соответствии с углом при основании равнобедренного треугольника, причем эти коэффициенты отслеживаются в соответствии с углом рассматриваемых треугольных пластин, и интерполируют для определения полиномиального уравнения, что позволяет вычислять константы при любом угле равнобедренного треугольника.
8. Способ по любому из пп. 6 или 7, отличающийся тем, что в случае комбинированной нагрузки используют гипотезу, согласно которой, если некоторые компоненты комбинированной нагрузки находятся в состоянии натяжения, эти компоненты не учитываются при расчете, и тем, что кривые взаимодействия задают на подэтапах, на которых
- создают модели конечных элементов нескольких треугольных пластин с разными углами равнобедренного треугольника, причем угол (θ) равнобедренного треугольника определяется как угол при основании равнобедренного треугольника,
- для каждого угла:
1) производят расчет посредством модели конечных элементов (FEM) для определения собственного значения коробления,
соответствующего разным распределениям внешних нагрузок,
2) отслеживают кривые взаимодействия, для каждого угла и каждой комбинации нагрузок и аппроксимируют эти кривые с помощью одного уравнения, описывающего все эти комбинации,
(где , i=cX, cY или s), где A, B, C– эмпирические коэффициенты.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что, в случае свободно опирающихся или фиксированных пластин в виде равнобедренного треугольника, в случае комбинированной нагрузки, используют кривую взаимодействия , для всех вариантов нагрузки.
10. Способ по п. 1 отличающийся тем, что этап 6, на котором рассчитывают общую потерю устойчивости, предоставляет данные по допустимому потоку коробления и коэффициенты запаса прочности, для плоской усиленной панели, в условиях чистой или комбинированной нагрузки, причем расчет коэффициента запаса прочности осуществляют исходя из внешних потоков усиленной панели и граничных потоков в случае свободно опирающейся или фиксированной пластины.
11. Машиночитаемый носитель, включающий в себя ряд инструкций, предназначенных для реализации способа по любому из предыдущих пунктов, причем этот набор инструкций выполняется на компьютере.