Методика приближенной оценки напряжений в толстостенной осесимметричной композитной конструкции


Авторы

Бабайцев А. В. 1*, Бурцев А. Ю. 2, Рабинский Л. Н. 1**, Соляев Ю. О. 3***

1. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия
2. Тульский государственный университет, ТулГУ, пр. Ленина, 92, Тула, 300012, Россия
3. Институт прикладной механики РАН, Ленинградский проспект, 7, Москва, 125040, Россия

*e-mail: ar77eny@gmail.com
**e-mail: rabinskiy@mail.ru
***e-mail: yurysolyaev@ya.ru

Аннотация

В работе представлен вариант методики проведения прочностного расчета для толстостенной осесимметричной конструкции, состоящей из металлического сердечника (армирующего компонента) и внешней толстостенной оболочки, выполняемой из композиционного материала. Конструкция нагружается распределенной вдоль части ее длины погонной нагрузкой, связанной с действующим внешним давлением, и инерционными силами, связанными с возникающим ускорением. Методика основана на одномерной модели составного стержня переменного сечения, приближенно учитывающей поперечные деформации, что необходимо при анализе толстостенной конструкции, работающей под давлением. В предложенном подходе геометрия изделия разбивается на участки и аппроксимируется фрагментами в форме усеченных конусов и, в частном случае, цилиндров. В результате расчетов определяется распределение продольных нормальных напряжений растяжения/сжатия в оболочке и в армирующем стержне, а также оцениваются касательные напряжения на границе их контакта.

Ключевые слова

композитные конструкции, стержень переменного сечения, проектировочный расчет, толстостенный композит

Библиографический список

  1. Моссаковский В.И. Прочность ракетных конструкций. — М.: Высшая школа, 1990. — 359 с.

  2. Волчков О.Д. Прочность ракет-носителей. — М.: Изд-во МАИ, 2007. Ч.1. — 784 с.

  3. Дудченко А.А., Лурье С.А., Соляев Ю.О. и др. Расчет, проектирование и технология изготовления термостабильного композитного стержня // Конструкции из композиционных материалов. 2016. № 1 (141). С. 3 — 11.

  4. Бабайцев А.В., Зотов А.А. Проектирование и расчет прессованных профилей неоднородного состава // Технология металлов. 2018. № 11. С. 16 — 20. DOI: 10.31044/1684-2499-2018-11-16-20

  5. Добрянский В.Н., Рабинский Л.Н., Радченко В.П., Соляев Ю.О. Оценка ширины зоны контакта между плоскоовальными каналами охлаждения и корпусом приёмо-передающего модуля активной фазированной антенной решётки // Труды МАИ. 2018. № 101. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=98252

  6. Vaysfeld N.D. Reut A.V. The axisymmetrical mixed problem of elasticity for the truncated circular cone with edge with regard of its proper weight // Vestnik Odesskogo Universiteta. Matematika i Mechanica, 2012, vol. 17, no. 3, pp. 99 — 107.

  7. Khomsuridze N.G. The thermoelastic equilibrium of the conical bodies // Prikladnaya matematika i mechanica, 2003, vol. 67, no. 3, pp. 124 — 133.

  8. Klemm J.L., Fernandes R. The Three-Dimensional Hollow or Solid Truncated Cone Under Axisymmetric Torsionless End Loading // Journal of Applied Mechanics, 1976, vol. 43 (1), pp. 59 — 63. Doi:10.1115/1.3423796

  9. Uspenskii A.A. State of stress of an anisotropic cone under an axisymmetric load // Soviet Applied Mechanics, 1977, vol. 13, no. 5, pp. 436 — 440. Doi:10.1007/bf00901796

  10. Vaisfel’d N.D., Popov G.Ya., Reut V.V. The axisymmetric mixed problem of elasticity theory for a cone clamped along its side surface with an attached spherical segment // Journal of Applied Mathematics and Mechanics, 2013, vol. 77, no. 1, pp. 70 — 78, https://doi.org/10.1016/j.jappmathmech.2013.04.009

  11. Вайсфельд Н.Д., Реут А.В. Осесимметричная смешанная задача теории упругости для полого дважды усеченного конуса // Вiсник Киїевського нацiонального унiверситету iменi Тараса Шевченка. Серия: Физико-математические науки. 2013. № 3. С. 93 — 97.

  12. Reut A.V. The axisymmetrical problem on the stress state of the truncated hollow cone under the external loading // Вісник Одеського національного університету. Математика. Механіка. 2013. Vol. 18. № 3, pp. 102 — 108.

  13. Kamran A., Manouchehr S., Mehdi A. Elastic solution of a two-dimensional functionally graded thick truncated cone with finite length under hydrostatic combined loads // Acta Mechanica, 2011, vol. 217, no. 1 — 2, pp. 119 — 134.

  14. Kamran A., Manouchehr S., Mehdi A. Dynamic analysis of a functionally graded thick truncated cone with finite length // International Journal of Mechanics and Materials in Design, 2010, vol. 6, no. 4, pp. 367 — 378.

  15. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т. 2. — М.: Наука, 1970. — 492 с.

  16. Нуштаев Д.В., Жаворонок С.И., Клышников К.Ю., Овчаренко Е.А. Численно-экспериментальное исследование деформирования и устойчивости цилиндрической оболочки ячеистой структуры при осевом сжатии // Труды МАИ. 2015. № 82. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=58589

  17. Афанасьев А.В., Дудченко А.А., Рабинский Л.Н. Влияние тканых слоев на остаточное напряженно-деформированное состояние изделий из полимерных композиционных материалов // Труды МАИ. 2010. № 37. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=13425

  18. Christensen R.M. 2013 Timoshenko Medal Award Paper — Completion and Closure on Failure Criteria for Unidirectional Fiber Composite Materials // Journal of Applied Mechanics, 2013, vol. 81 (1). Doi.org/10.1115/1.4025177.

  19. Bazle A Gama, John W Gillespie Jr, Hassan Mahfuz, Roshan P Raines, Anwarul Haque, Shaik Jeelani, Travis A Bogetti, Bruce K Fink High Strain-Rate Behavior of Plain-Weave S-2 Glass/Vinyl Ester Composites // Journal of Composite Materials, 2001, vol. 35 (13), pp. 1201 — 1228: http://doi.org/10.1106/13MY-YTGH-QE7E-6V8D.

  20. Барашков В.Н. Численное моделирование трехмерного упругопластического деформирования секторов ведущего устройства // Известия Томского политехнического университета. 2004. Т. 307. № 4. С. 22 — 27.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2020

Вход