Моделирование динамического поведения пространственно-армированных пластин из нелинейно-упругих материалов в рамках уточненной теории изгиба
Автор: Янковский А.П.
Статья в выпуске: 2, 2019 года.
Бесплатный доступ
Построены уточненные математические модели изгибного деформирования пространственно-армированных гибких пластин, изготовленных из нелинейно-упругих материалов компонентов композиции. Геометрическая нелинейность задачи учитывается в приближении Кармана. Полученные уравнения позволяют с разной степенью точности определять деформированное состояние таких конструкций при учете их возможного слабого сопротивления поперечным сдвигам. В частном случае из этих уравнений получаются соотношения традиционной неклассической теории Редди. Решение сформулированной приведенной начально-краевой задачи разыскивается с применением явной численной схемы типа «крест». Продемонстрировано, что в общем случае не при всех пространственных структурах армирования пластин удается разработать явную численную схему. Исследовано динамическое поведение плоско- и пространственно армированных пластин разной формы и относительной толщины под действием воздушной взрывной волны. Показано, что в случае сильно выраженной анизотропии для относительно толстых прямоугольных пластин замена плоской структуры на пространственную структуру армирования позволяет уменьшить прогибы по модулю на несколько десятков процентов, а интенсивность деформаций компонентов композиции - в разы. Уменьшение степени анизотропии композиции и относительной толщины пластин приводит к ослаблению эффекта от замены плоской структуры армирования на пространственную структуру. В кольцевых пластинах с жесткой внутренней шайбой этот эффект не проявляется. Наоборот, замена плоской структуры армирования на пространственную структуру приводит к ухудшению динамических характеристик таких конструкций даже при их относительно большой толщине. Продемонстрировано, что динамическое поведение пластин, рассчитанное по теории Редди, существенно отличается от расчетов по уточненным теориям, особенно при сравнении деформированных состояний компонентов композиции.
Плоское армирование, пространственное армирование, гибкие пластины, динамический изгиб, уточненные теории изгиба, теория редди, нелинейная упругость, схема "крест", взрывные нагрузки
Короткий адрес: https://sciup.org/146281933
IDR: 146281933 | УДК: 539.3 | DOI: 10.15593/perm.mech/2019.2.18
Modeling the dynamic behavior of spatially reinforced plates of nonlinear elastic materials within the refined bending theory
Refined mathematical models are constructed for the flexible deformation of spatially reinforced flexible plates of nonlinear elastic materials of the composition components. The geometric nonlinearity of the problem is taken into account in the Karman approximation. The obtained equations allow determining the deformed state of such structures with different degrees of accuracy taking into account their possible weak resistance to transverse shear. As a special case, based on these equations the relations of the traditional non-classical Reddy theory are obtained. The solution of the initial boundary value problem is obtained using an explicit numerical scheme of the “cross” type. It is shown that in a general case of plates an explicit numerical scheme cannot be developed for all spatial structures of reinforcement. The dynamic behavior is investigated for the flat and spatially reinforced plates of different shapes and relative thickness under the action of an air blast wave. It is shown that in the case of a strongly denominated anisotropy for relatively thick rectangular plates, the replacement of a flat structure with a spatial reinforcement structure reduces deflections modulo several tens of percent, and reduces the intensity of deformation of the components of the composition by several times. The reduction of the anisotropy degree of the composition and the relative thickness of the plates leads to a weakening of the effect of replacing the flat reinforcement structure on the spatial structure. This effect does not occur in annular plates with a rigid inner insert. On the contrary, the replacement of the flat reinforcement structure with the spatial structure leads to the deterioration of dynamic characteristics of such structures even of their relatively large thickness. It is shown that the dynamic behavior of plates calculated according to the Reddy theory significantly differ from the calculations according to the refined theory, especially when comparing the strain states of the components of the composition.
Список литературы Моделирование динамического поведения пространственно-армированных пластин из нелинейно-упругих материалов в рамках уточненной теории изгиба
- Композиционные материалы: справочник / под ред. Д.М. Карпиноса. - Киев: Наук. думка, 1985. - 592 с.
- Справочник по композитным материалам: в 2 кн. Кн. 1 / под ред. Дж. Любина; пер. с англ. А.Б. Геллера, М.М. Гельмонта; под ред. Б.Э. Геллера. - М.: Машиностроение, 1988. - 448 с.
- Bannister M. Challenger for Composites into the next millennium - a reinforcement perspective // Composites. - 2001. - Part A 32. - Р. 901-910. DOI: 10.1016/S1359-835X(01)00008-2
- Review of advanced composite structures for naval ships and submarines / A.P. Mouritz, E. Gellert, P. Burchill, K. Challis // Compos. Struct. - 2001. - Vol. 53. - No. 1. - Р. 21-42. DOI: 10.1016/S0263-8223(00)00175-6
- Gibson R.F. Principles of composite material mechanics / 3rd ed. - Boca Raton: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2012. - 686 p.
