Исследование изгибного деформирования слоистых металлокомпозитных балок-стенок регулярной структуры, работающих в условиях установившейся ползучести
Автор: Янковский Андрей Петрович
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 1 т.9, 2016 года.
Бесплатный доступ
Сформулирована задача изгибного деформирования слоистых металлокомпозитных балок-стенок регулярной структуры, работающих в условиях установившейся ползучести материалов всех слоев. Получены уравнения, позволяющие с различной степенью точности описывать напряженно-деформированное состояние в балке. Из этих уравнений в частных случаях следуют соотношения классической теории и два варианта теории Тимошенко. Для статически определимых балок разработана упрощенная теория. При различных температурах проведены конкретные расчеты механического поведения двухопорных балок-стенок, состоящих из двух типов металлокомпозиций с регулярно чередующимися слоями: медными и стальными; алюминиевыми и стальными. Показано, что в случае металлокомпозиции медь-сталь ни классическая теория, ни первый вариант теории Тимошенко не гарантируют надежных результатов по податливости конструкции даже в пределах 20%-ной точности, считающейся приемлемой при изучении механического поведения элементов конструкций в условиях ползучести. Обнаружено, что с увеличением температуры точность расчетов по традиционным теориям ухудшается, и при повышенных температурах для металлокомпозиции такого типа даже второй вариант теории Тимошенко не гарантирует требуемой точности. Расчеты балок из алюминий-сталь-композиции продемонстрировали, что по сравнению с «эталонным» расчетом классическая теория и оба варианта теории Тимошенко существенно (в разы и даже на порядки) занижают в подобных балках-стенках, работающих в условиях установившейся ползучести, как податливость, так и напряженно-деформированное состояние.
Металлокомпозиты, слоистые балки-стенки, регулярная структура, установившаяся ползучесть, теория тимошенко, теория бернулли, уточненная теория изгиба
Короткий адрес: https://sciup.org/14320790
IDR: 14320790 | УДК: 539.376 | DOI: 10.7242/1999-6691/2016.9.1.2
Study of bending deformation of layered metal-composite wall-beams of regular structure under steady-state creep conditions
The problem of bending deformation is formulated for layered metal-composite wall-beams of regular structure during steady-state creep in the materials of all the layers. Equations describing the stress-strain state in a beam with different degrees of precision are obtained. Based on these equations, in special cases, the ratio of the classical theory and two variants of the Timoshenko theory are determined. A simplified version of the theory is developed for statically determinate beams. Specific calculations are carried out to evaluate at different temperatures the mechanical behavior of a double-seat deep beam consisting of two types of metal-composites: regularly alternating copper and steel layers, and alternating aluminum and steel layers. It is shown that, in the case of metal-composites copper/steel, neither the classical theory nor the first variant of the Timoshenko theory guarantee the reliability of the results for the compliance of the structure even within 20% accuracy considered acceptable to study the mechanical behavior of structural elements under creep conditions. It is found that with increasing temperature the accuracy of calculations according to traditional theories decreases, and for this type of metal composites even the second variant of the Timoshenko theory does not guarantee the required accuracy at elevated temperatures. Calculations of composite beams made of aluminum and steel show that, in comparison with standard simulations, the classical theory and both versions of the Timoshenko theory significantly reduce the ductility and stress-strain state in such wall-beams under steady-state creep conditions.
Список литературы Исследование изгибного деформирования слоистых металлокомпозитных балок-стенок регулярной структуры, работающих в условиях установившейся ползучести
- Амбарцумян С.А. Общая теория анизотропных оболочек. -М.: Наука, 1974. -446 с.
- Андреев А.Н., Немировский Ю.В. Многослойные анизотропные оболочки и пластины: изгиб, устойчивость и колебания. -Новосибирск: Наука, 2001. -287 с.
- Каниболотский М.А., Уржумцев Ю.С. Оптимальное проектирование слоистых конструкций. -Новосибирск: Наука, 1989. -176 с.
- Трыков Ю.П., Покатаев Е.П., Шморгун В.Г., Храпов А.А. Остаточные напряжения в слоистых композитах. -М.: Металлургиздат, 2010. -240 с.
- Хажинский Г.М. Модели деформирования и разрушения металлов. -М: Научный мир, 2011. -231 с.
- Локощенко А.М. Моделирование процесса ползучести и длительной прочности металлов. -М.: МГИУ, 2007. -264 с.
- Качанов Л.М. Теория ползучести. -М.: Физматгиз, 1960. -456 с.
- Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. -М.: Наука, 1966. -752 с.
- Соснин О.В., Горев Б.В., Никитенко А.Ф. Энергетический вариант теории ползучести. -Новосибирск: Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева, 1986. -96 с.
- Янковский А.П. Расчёт установившейся ползучести металлокомпозитных пологих оболочек слоисто-волокнистой структуры//Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер.: Физ.-мат. науки. -2010. -№ 1 (20). -С. 71-83.
- Мищенко А.В., Немировский Ю.В. Ползучесть однородных и слоистых рам на основе трехкомпонентной модели//Известия вузов. Строительство. -2009. -№ 5. -С. 16-24.
- Янковский А.П. Исследование установившейся анизотропной ползучести слоистых металлокомпозитных пластин с учетом ослабленного сопротивления поперечному сдвигу. 2. Модель деформирования//Механика композитных материалов. -2012. -Т. 48, № 2. -С. 279-302.
- Янковский А.П. Исследование установившейся ползучести армированных металлокомпозитных балок-стенок с учетом ослабленного сопротивления поперечному сдвигу//Механика композиционных материалов и конструкций. -2012. -Т. 18, № 3. -С. 301-319.
- Янковский А.П. Установившаяся ползучесть изгибаемых армированных металлокомпозитных пластин с учетом ослабленного сопротивления поперечному сдвигу. 1. Модель деформирования//ПМТФ. -2014. -Т. 55, № 3. -С. 154-163.
- Янковский А.П. Установившаяся ползучесть изгибаемых армированных металлокомпозитных пластин с учетом ослабленного сопротивления поперечному сдвигу. 2. Анализ результатов расчетов//ПМТФ. -2014. -Т. 55, № 4. -С. 174-183.
- Васильев В.В. Механика конструкций из композиционных материалов. -М.: Машиностроение, 1988. -272 с.
- Малмейстер А.К., Тамуж В.П., Тетерс Г.А. Сопротивление полимерных и композитных материалов. -Рига: Зинатне, 1980. -571 с.
- Васидзу К. Вариационные методы в теории упругости и пластичности. -М.: Мир, 1987. -542 с.
- Каледин В.О., Аульченко С.М., Миткевич А.Б., Решетникова Е.В., Седова Е.А., Шпакова Ю.В. Моделирование статики и динамики оболочечных конструкций из композиционных материалов. -М.: Физматлит, 2014. -196.
- Янковский А.П. Исследование установившейся анизотропной ползучести слоистых металлокомпозитных пластин с учетом ослабленного сопротивления поперечному сдвигу. 1. Структурные модели//Механика композитных материалов. -2012. -Т. 48, № 1. -С. 3-22.
- Писаренко Г.С., Можаровский Н.С. Уравнения и краевые задачи теории пластичности и ползучести. Справочное пособие. -Киев: Наукова думка, 1981. -496 с.
- Композиционные материалы: Справочник/Под ред. Д.М. Карпиноса. -Киев: Наукова думка, 1985. -592 с.
- Никитенко А.Ф. Ползучесть и длительная прочность металлических материалов. -Новосибирск: НГАСУ, 1997. -278 с.
