Статьи журнала - Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика
Все статьи: 1009
Статья научная
Проведено комплексное исследование предельного состояния алюминиевого сплава Д16Т при сложном напряжённом состоянии. Рассмотрены различные виды комбинированного нагружения растяжением, сжатием, кручением и внутренним давлением. Цель исследования - определить влияние накопленных повреждений в материале при сложном напряжённом состоянии на характеристики несущей способности материала. Объектом численных и экспериментальных исследований является полый цилиндрический образец с концентратором напряжения в виде кольцевой выточки. Программа экспериментов включала различные сочетания осевых сил, крутящего момента и внутреннего давления, приложенного к цилиндрическому образцу. В численном исследовании в качестве закона изотропного упрочнения использовался экспоненциальный и линейно-степенной закон. Для определения параметра повреждённости использовался закон накопления повреждений Lemaitre. Обобщённая модель, включающая в себя накопления повреждений Leamitre и закон изотропного упрочнения, были интегрированы в конечно-элементный комплекс ANSYS в виде динамически подключаемой библиотеки пользовательского материала для трёхмерных задач. Получены поля напряжённо-деформированного состояния, поля повреждённости, а также значения предельных напряжений при различных видах нагружения. Построены диаграммы предельного состояния с учётом накопления повреждений. Проведён сравнительный анализ разрушающих напряжений по классическим теориям прочности с учётом накопления повреждений. Установлены закономерности влияния многоосности на предельное состояние алюминиевого сплава Д16Т. Рассмотрена возможность применения модели Lemaitre к анализу состояния материала при сложном напряжённом состояние с учётом повреждённости. В результате численного расчёта определены тренды накопления повреждений для каждого вида сложного напряжённого состояния.
Бесплатно
Анализ напряженного состояния диска компрессора ГТД
Статья научная
Разработана расчетная модель диска ГТД с учетом центробежных сил, распределенных аэродинамических нагрузок и нелинейных контактных условий. Изучено влияние различных факторов нагружения и контактных условий на формирование зон концентрации напряжений в окрестности соединения диска и лопатки.
Бесплатно
![Анализ остаточных напряжений в слоистых композитах на примере симметричной схемы армирования [0°/90°]](/file/thumb/146281946/analiz-ostatochnyh-naprjazhenij-v-sloistyh-kompozitah-na-primere-simmetrichnoj.png "Анализ остаточных напряжений в слоистых композитах на примере симметричной схемы армирования [0°/90°]")
Статья научная
В последние десятилетия повышенное внимание уделяется глубокому пониманию процессов, вызванных остаточными напряжениями в слоистых композитах, а именно искажению формы и возможному повреждению изделия еще на стадии его изготовления. Наличие остаточных напряжений в композиционных материалах вызывает появление таких дефектов, как деламинация, коробление, а также микротрещины в связующем, что в свою очередь оказывает существенное влияние на статическую и усталостную прочность созданного на их основе изделия. В настоящей работе рассмотрено изменение распределения поля остаточных напряжений в образце из известного материала AS4/8552-1 с укладкой слоев [0°/90°]n в процессе отверждения, и проанализированы напряжения на свободном крае после разреза образца вдоль направления армирования. Модель отверждения численно реализована при помощи пакета конечно-элементного моделирования ABAQUS с использованием специально разработанных пользовательских подпрограмм. Для моделирования отверждения решалась связанная тепловая и прочностная задача в условиях плоской деформации. Показано существенное различие остаточных напряжений на свободном крае до и после механического среза. Рассчитанные остаточные напряжения далее использованы для анализа развития разрушения композита при одноосном растяжении. В результате моделирования нагружения композита до разрушения с учетом остаточных напряжений выявлено, что растяжение приводит к продольному растрескиванию матрицы в слоях, где ориентация армирования совпадает с направлением приложения нагрузки. В то же время при игнорировании остаточных напряжений появление таких дефектов не наблюдается. В исследовании показано, что остаточные напряжения влияют как на прочность материала, так и на тип разрушения.
Бесплатно
Анализ параметров трещиностойкости на свободной границе в слоистых композитах
Статья научная
Изучено влияние наличия остаточных напряжений в образце углерод-эпоксидного композита, сформировавшихся в процессе его производства, на такие возможные дефекты, как межслоевое расслоение, коробление и появление повреждений в связующем. Исследование посвящено анализу напряженно-деформированного состояния в образцах из материала AS4/8552-1 с укладкой слоев [0°/90°]n вблизи зоны дефекта и на свободном крае в течение цикла отверждения, а также при приложении нагрузки на образец. Также при помощи разработанных моделей анализировалось НДС на свободной кромке композитного материала, рассматривалось разрезание композитной пластины на две части. Для моделирования процесса отверждения решалась связанная тепловая и прочностная задача в условиях плоской деформации. Для описания поведения композитного материала в процессе производства, включая процессы формования, полимеризации, развития остаточных напряжений и деформаций, была разработана и реализована специальная пользовательская подпрограмма для ПО ABAQUS. Для образцов с имеющимся расслоением была исследована история изменения величин интенсивности высвобождения энергии в режимах раскрытия трещины по механизму нормального отрыва и поперечного сдвига в процессе полимеризации и последующего разрезания с образованием свободного края, а также при приложении одноосной разрушающей нагрузки. Также проанализированы параметры трещиностойкости для полимеризованного образца после образования свободной кромки, и при приложении одноосной растягивающей нагрузки. В результате моделирования нагружения композита до разрушения с учетом остаточных напряжений выявлено, что растяжение приводит к продольному растрескиванию матрицы в слоях, где ориентация армирования совпадает с направлением приложения нагрузки. В то же время при игнорировании остаточных напряжений появление таких дефектов не наблюдается. В исследовании показано, что остаточные напряжения влияют как на прочность материала, так и на тип разрушения. В исследовании показано, что остаточные напряжения влияют на прочность композита, характер разрушения, а также величины параметров трещиностойкости.
Бесплатно
Статья научная
Представлен численный анализ, основанный на ранее полученных экспериментальных данных по росту трещин для сталей Р2М и 34Х, алюминия 7050 и титанового сплава Ti-6Al-4V компактных образцов (CTS) с односторонним боковым надрезом, в рамках традиционной теории градиентной пластичности деформаций (CMSG), основанной на дислокационной модели Тейлора. В данном исследовании были рассмотрены начальные точки криволинейной траектории трещины для двух классических состояния: плоская деформация и плоское напряженное состояние при нормальном отрыве и чистом сдвиге. Конституционные уравнения поведения материала для теорий CMSGP были введены в вычислительный комплекс конечных элементов, и получены новые поля параметров напряженно-деформированного состояния для условий градиентной пластичности деформаций. Результаты FE-расчетов показывают значительное увеличение величины полей истинных напряжений в вершине трещины с учетом градиентов пластической деформации и внутренней характерной длины материала. Численные результаты также показывают, что сингулярность в области вершины трещины отлична для модели градиентной пластичности деформаций и зависит от формы разрушения I/II. Важным выводом относительно численных результатов в отношении параметров сопротивления разрушению материала, является то, что новые пластические коэффициенты интенсивности напряжений для градиентной пластичности отличаются для плоской деформации и плоского напряженного состояния, а также проявляют значительную чувствительность к пластическим свойствам материала и к масштабному параметру внутренней характерной длины, что является привлекательным с точки зрения практического применения и дальнейших фундаментальных исследований.
Бесплатно
Статья научная
Теоретически и экспериментально исследуется упругопластическое деформирование, предельные состояния и закритическое поведение цилиндрических оболочек при растяжении и комбинированном нагружении внутренним давлением и растяжением до разрушения. Данная задача характеризуется возникновением больших деформаций, формоизменений и, как следствие, неоднородного напряженно-деформированного состояния. При численном решении подобных задач возникает проблема построения истинных диаграмм деформирования материалов. В связи с этим для исследования деформационных и прочностных свойств материалов актуально использование экспериментально-расчетного подхода, позволяющего без принятия упрощающих гипотез учесть неодноосность и неоднородность напряженно-деформированного состояния. В работе представлен новый эффективный алгоритм построения истинной диаграммы деформирования, в основе которого лежит процедура нелинейной экстраполяции диаграммы. Такой алгоритм в процессе прямого численного решения задачи последовательно выполняет построение диаграммы деформирования без использования повторных прямых расчетов, что существенно (в разы) повышает его эффективность. На основе экспериментально-расчетного подхода определены истинные диаграммы деформирования для сплошных стержней и оболочек из сталей 10ХСНД и 10Г2ФБЮ при растяжении и комбинированном нагружении внутренним давлением и растяжением до разрушения. Разрушение оболочек при растяжении происходит при меньших (в разы) значениях истинных деформаций, чем сплошных стержней. Значительные отличия в истинных напряжениях и деформациях в момент разрушения обусловлены различной локализацией деформирования сплошных стержней и оболочек после потери устойчивости пластического деформирования при растяжении. Численно и экспериментально показано, что после потери устойчивости пластического деформирования по Консидеру при растяжении цилиндрическая оболочка содержит две формы потери устойчивости до момента разрушения. Первая форма потери устойчивости, как и в сплошных стержнях, характеризуется локализацией деформаций по диаметру образца в виде «шейки», а вторая - локализацией деформаций по толщине образца, которая и определяет финальную стадию разрушения. При действии на оболочку внутреннего давления происходит вырождение первой формы потери устойчивости пластического деформирования с образованием шейки вовнутрь оболочки и наблюдается только форма потери устойчивости, вызванная локализацией деформаций по толщине оболочки.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена проверке устойчивости вычислительного алгоритма к изменению геометрических параметров цилиндрических оболочечных конструкций. Изменение геометрии подразумевает под собой замену одного вида цилиндрической поверхности (эллиптической, гиперболической, параболической) на другую таким образом, чтобы количественное изменение (разность высотных отметок) на рассматриваемой области было минимально. Данная проверка, с одной стороны, позволяет оценить корректность самого алгоритма (что актуально для алгоритмов, использующих как численные методы, так и символьные вычисления), а с другой - оценить возможность упрощения вычислений посредством аппроксимации сложной поверхности более простой (как в понимании самого задания поверхности, так и выражении ее основных характеристик: коэффициентов Ляме и главных кривизн). В работе использована математическая модель деформирования оболочечных конструкций, основанная на гипотезах Тимошенко (Миндлина - Рейснера). Модель учитывает поперечные сдвиги, геометрическую нелинейность и ортотропию материала и записана в форме функционала полной потенциальной энергии деформации. Расчетный алгоритм строится на основе метода Ритца для сведения вариационной задачи о минимуме функционала к решению системы нелинейных алгебраических уравнений и на методе продолжения решения по наилучшему параметру для ее решения. Все вычисления осуществлялись в безразмерных параметрах. Проведены расчеты цилиндрических панелей трех типов, получены значения критических нагрузок потери устойчивости, поля прогибов в докритический и закритический момент. Показано, что для рассматриваемого класса задач предложенная ранее математическая модель и вычислительный алгоритм устойчивы к изменению геометрии конструкции.
Бесплатно
Статья научная
В настоящей работе рассматривается устойчивость иглоподобного кристалла, который растет при удвоенном охлаждении. Нестабильность характеризуется появлением ветвей на дендритной главной оси. Квазистационарное фронтальное движение позволяет найти автомодельное решение для полей температуры и концентрации. Критерий устойчивости был установлен с учетом влияния переохлаждения концентрации и межфазного поверхностного натяжения. Этот критерий позволяет оценить параметры дендритной структуры в зависимости от физических констант и параметров процесса кристаллизации.
Бесплатно
Анализ флаттерных характеристик на основе обобщенных параметров собственных тонов колебаний
Статья научная
Проведен расчет на флаттер динамически подобной модели (ДПМ) крыла большого удлинения с использованием экспериментально полученных обобщенных параметров собственных тонов колебаний. ДПМ изготовлена из полимерных композиционных материалов и предназначена для исследований характеристик аэроупругости в аэродинамической трубе высоких скоростей. В ходе работ определены безопасные режимы (границы флаттера) проведения экспериментальных исследований ДПМ в аэродинамической трубе. В качестве исходных данных для создания математической модели использованы результаты модальных испытаний ДПМ крыла, а именно: частоты и формы собственных колебаний, обобщенные массы, обобщенные коэффициенты демпфирования, обобщенные жесткости собственных тонов колебаний. Наибольшие погрешности в экспериментальном определении модальных характеристик возникают при нахождении обобщенных масс, поэтому для повышения точности получаемых обобщенных характеристик в работе использованы несколько наиболее применимых на практике методов: механической догрузки, добавления квадратурной составляющей силы, метод комплексной мощности. Проанализированы погрешности и для расчета на флаттер выбраны наиболее достоверные из указанных методов. Выполнено сравнение результатов расчета на флаттер по обобщенным параметрам с расчетом на основе конструкторской документации (КД). По КД математическая модель создавалась по отсечно-балочной схематизации. Расчеты были проведены для чисел Маха от 0,2 до 0,8 и значений относительной плотности воздуха, равных 0,5, 1; 1,5. Сравнение двух методов показало, что различие по критическим скоростным напорам флаттера составило не более 6 %, что указывает на перспективность метода анализа флаттерных характеристик на основе обобщенных параметров собственных тонов колебаний.
Бесплатно
Анализ формирования дислокационных структур монокристалла
Статья научная
В работе рассматривается эволюция дислокационной субструктуры монокристаллов в процессах пластической деформации при разных схемах и режимах нагружения. Для исследования дислокационных структур, образующихся в процессе пластичской деформации, используются методы дислокационной динамики
Бесплатно
Статья научная
Настоящая работа посвящена экспериментальному изучению нестандартных механизмов управления процессом направленной кристаллизации цветных металлов. В рамках работы разрабатываются и апробируются измерительные техники, пригодные как для лабораторных моделей, так и для условий, приближенных к производственным. Предлагается механизм управления темпом и однородностью кристаллизации металлического расплава посредством изменения фазных углов между токами питания индукционного перемешивателя бегущего магнитного поля. Изменение фазных углов токов трёхфазного перемешивателя позволяет генерировать в жидком металле вихревые течения различной топологии, в частности, изменять количество крупномасштабных вихрей или подавлять крупномасштабное течение. Влияние гидродинамических потоков изменяет форму фронта кристаллизации, предоставляя возможность управления однородностью затвердевания металла посредством изменения характеристик питания индуктора. Важно отметить, что изменение фазных углов токов при сохранении амплитуды питания не оказывает существенного влияния на темп кристаллизации, что открывает широкие возможности контроля процессов за счет изменения как силы тока, так и фазных углов. В рамках работы был успешно применён и верифицирован по измерениям датчиками ультразвукового анемометра температурный метод определения положения фронта кристаллизации. Показано, что при наличии развитых течений в жидкой среде термопарные измерения обеспечивают хорошее согласие (вплоть до единиц процентов) измеренных положений и геометрической формы фронта кристаллизации с данными ультразвуковых измерений. В отсутствие перемешивания жидкой фазы разница между данными термопарных и ультразвуковых измерений несколько возрастает. Тем не менее даже в этом случае термопарный метод позволяет корректно определять положение и скорость продвижения фронта кристаллизации.
Бесплатно
Статья научная
В качестве объекта исследования рассматриваются синтетические минеральные сплавы. В их структуре 95 % кристаллических и 5 % аморфных фазовых составляющих; данные материалы обладают выраженными диссипативными свойствами и являются перспективными для использования в качестве элементов бронезащиты. Для реализации потенциала диссипативных свойств этих материалов необходимо подробное изучение их деформационного поведения при высокоскоростных ударных нагрузках. Цель работы заключается в исследовании разрушения и фрагментации синтетических минеральных сплавов при высокоскоростном ударе методом визуализации. Для осуществления удара использовалась пневматическая установка длиной 3950 мм и стальной шар диаметром 23,8 мм, скорость шара-ударника составила 233-234 м/с. Для визуализации использовался комплекс видеорегистрации, состоящий из высокоскоростной камеры Photron Fastcam SA5 и осветительного оборудования. Скорость съемки составила 50 000 кадров/с. Проведены эксперименты, различающиеся материалом образцов, использовались синтетические минеральные сплавы на основе горнблендита и базальта. Выявлены последовательные этапы разрешения и фрагментации, результаты представлены в виде покадровых изображений. Приведен количественный анализ данных скоростной регистрации процесса соударения и кинетики развития трещин (толщины, раскрытия) в процессе фрагментации. Эти данные позволили установить качественные признаки развития фрагментации синтетических минеральных сплавов. Эта информация представляет интерес для разработки новых разновидностей синтетических минеральных сплавов и защитных конструкций из них. Методика визуализации может быть использована для отработки последующих материаловедческих разработок и экспериментального изучения закономерностей баллистического повреждения и разрушения ответственных элементов конструкций из синтетических минеральных сплавов.
Бесплатно
Статья научная
На основе анализа петли пластического гистерезиса сформулированы эволюционные уравнения для трех типов микронапряжений, отвечающих за смещение центра поверхности нагружения, а на их основе уравнения теории пластического течения при комбинированном упрочнении. Интегрирированием эволюционного уравнения для микронапряжений второго типа при жестком симметричном циклическом нагружении с постоянным размахом пластической деформации в условиях одноосного напряженного состояния получены выражения для микронапряжений на п -м полуцикле, а также стабилизированные максимальные и минимальные значения микронапряжений. Далее рассмотрена работа микронапряжений второго типа на поле пластических деформаций и на основе экспериментальных данных показано, что величина этой работы является постоянной характеристикой разрушения в условиях мало-многоцикловой усталости (от 101 до 106 циклов). На основе этих результатов сформулирован критерий мало-многоцикловой усталости. Получены его асимптоты при малом и большом числе циклов до разрушения. Приведено сопоставление расчетных и экспериментальных результатов по усталости. Проанализировано расчетное и экспериментальное поведение накопленной пластической деформации при мало-многоцикловой усталости. На основе анализа экспериментальных данных по накоплению повреждений при циклических нагружениях сформулировано кинетическое уравнение накопления повреждений, описывающее нелинейные процессы накопления повреждений. Проведено сопоставление расчетных и экспериментальных результатов при многоблочных циклических нагружениях. Анализируются процессы вышагивания (ratcheting) и посадки петли пластического гистерезиса при несимметричных циклических нагружениях и определяется параметр и его функциональная зависимость, позволяющая описать эти процессы. Проводится сопоставление расчетных и экспериментальных результатов исследования процессов несимметричных мягких и жестких циклических нагружений.
Бесплатно
Аналитический метод построения области возможного изменения текстурных параметров
Статья научная
Объектом исследования являются поликристаллические материалы с кубической симметрией решетки, подвергнутые термомеханической обработке и обладающие кристаллографической текстурой. Предметом исследования служит рассмотрение связи анизотропии упругих свойств с интегральными характеристиками текстуры. В качестве интегральных характеристик текстуры (текстурных параметров) выбраны усредненные значения определенных комбинаций направляющих косинусов, задающих положения кристаллографических осей зерен поликристалла в лабораторной системе координат. На основе выполненного анализа литературных данных поставлена задача о нахождении границ области распределения текстурных параметров, определяющих анизотропию упругих свойств текстурированных поликристаллов. Предложен оригинальный векторно-матричный алгоритм построения искомой кусочно-гладкой замкнутой поверхности. Исходными данными для построения области служили ограничения, накладываемые на текстурные параметры, которые вытекают из условия положительности весовых коэффициентов в соответствующей задаче усреднения - определении средних степенных взвешенных собственных значений оператора упругости текстурированного поликристалла. Установлено, что область распределения текстурных параметров имеет ось симметрии третьего порядка и ограничена плоскими и коническими элементами. Впервые в аналитической форме получены уравнения элементов граничной поверхности и линий их пересечения. Проверка достоверности математической модели построения области распределения текстурных параметров выполнена путем сравнения результатов аналитического решения с эмпирическими данными. Эмпирические данные об эволюции текстуры получены ранее независимыми структурными исследованиями листов из алюминиевых сплавов, произведенных прокаткой на многоклетевом стане. Установлено, что экспериментально найденные значения текстурных параметров лежат внутри найденной области. Информация о возможных изменениях текстурных параметров позволяет целенаправленно управлять технологическими процессами при получении изделий и полуфабрикатов из металлических материалов.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается задача о поле напряжений в цилиндрической оболочке с круговым отверстием под действием одноосного растяжения. Основным препятствием к получению ответа является необходимость поиска таких коэффициентов в разложении решения в сумму базисных функций, при которых это решение удовлетворяет граничным условиям. Изучение классических работ привело к пониманию того, что ни один из до сих пор предложенных методов поиска коэффициентов нельзя считать окончательно удачным, а результаты, полученные этими методами, разнятся, и остается неясным, на что можно опираться. В данной работе предлагается новый аналитический подход к изучению этого вопроса, позволяющий расширить диапазон применимости решения и открывающий возможности для аналитического исследования поля напряжений. Идея состоит в том, чтобы разложить каждую базисную функцию в ряд Фурье, разделив переменные, что позволяет явно получить бесконечную систему алгебраических уравнений для поиска коэффициентов. Одним из важных шагов исследования является то, что авторы смогли доказать, какое именно из уравнений системы является линейной комбинацией нескольких других, и исключить его, что позволило составить редуцированную систему для нахождения неизвестных коэффициентов. Предложенный подход, в отличие от большинства классических работ, не накладывает математических ограничений на значения основного параметра, характеризующего цилиндрическую оболочку. Имеющиеся ограничения носят механический характер, так как для бо́льших отверстий требуется другая модель. Также в работе достаточно полно представлены численные результаты, полученные новым методом, и проведено их сравнение с результатами классических работ.
Бесплатно
Статья научная
Решается связанная задача о расчете статических перемещений чувствительного элемента микромеханического акселерометра, вызванных действием инерционных сил и сил электростатического взаимодействия. При решении используются упрощенные балочные модели, решение ищется методами сопротивления материалов. Исследуется нелинейный характер основных характеристик датчика. Определяется, с учетом действия кулоновских сил, диапазон возможных измеряемых ускорений.
Бесплатно
Анизотропия усталостных свойств материала и ее влияние на долговечность элементов конструкции
Статья научная
В работе предложено обобщение критерия многоосного усталостного разрушения на случай сплава со структурной анизотропией усталостных свойств. В основе этого обобщения лежит замена второго инварианта девиатора напряжений, входящего в критерий, на функцию Хилла, предложенную им для описания анизотропной пластичности металлов. Эффект зависимости пределов усталости от оси нагружения при одноосных усталостных испытаниях образцов с текстурой отмечен в различных источниках. Соответствующая текстура, как правило, наводится в технологических процессах изготовления полуфабрикатов (в первую очередь - прокатки). Разработан метод экспресс-расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) упругого кольцевого диска переменной толщины (диска компрессора газотурбинного двигателя). Циклический режим нагружения определяется полетными циклами и соответствует режиму малоцикловой усталости. С помощью упрощающих гипотез о зависимости решения от координат по толщине диска и в окружном направлении выведена система обыкновенных дифференциальных уравнений для расчета радиального распределения напряжений и смещений в диске переменной толщины. Предложена и реализована численная процедура решения полученных систем обыкновенных дифференциальных уравнений, основанная на методе ортогональной прогонки. На основе предложенного критерия многоосного усталостного разрушения с параметрами титанового сплава и результатов расчета НДС получены распределения долговечности вращающегося диска компрессора газотурбинного двигателя под действием центробежных нагрузок в диске и лопатках. Определены опасные сечения, зоны и сроки зарождения усталостного разрушения в диске с учетом влияния анизотропии усталостных свойств. Путем численного моделирования обнаружено существенное падение долговечности в окрестности обода диска.
Бесплатно
Анизотропные тензорные функции и критерии предельности
Статья научная
Получены ортонормированные базисы для различных типов симметрии и анизотропных свойств шестимерного пространства. Также получены феноменологические критерии предельности для некоторых анизотропных упруго-пластических материалов.
Бесплатно
Статья научная
Разработана математическая модель и дан численный модальный анализ антиобледенительного режима функционирования нового индикаторного полимерного покрытия со встроенным оптоволоконным пьезоэлектролюминесцентным (PEL) датчиком для индикации, локации и самоочистки от обледенения аэродинамических поверхностей. Оптоволоконный PEL-датчик расположен в плоскости покрытия, при этом на выходе из оптоволокна датчика установлен приемник-анализатор информативных интегральных интенсивностей световых сигналов и к выходам двух управляющих электродов датчика подключен генератор переменного электрического напряжения. Антиобледенительная функция полимерного покрытия осуществляется в автоматическом режиме посредством термомеханического актюаторного воздействия PEL-датчика на присоединенный к поверхности покрытия слой (корку) льда и лишь на тех локальных участках покрытия, где толщина присоединенного слоя льда достигла заданного критического значения. Контроль качества очистки от обледенения поверхности антиобледенительного покрытия осуществляется по алгоритмам цифровой обработки информативных световых сигналов на выходе из оптического волокна PEL-датчика. В результате достигается повышение эффективности и контроль удаления обледенения на аэродинамических поверхностях, особенно для протяженных поверхностей; энергоэффективность антиобледенительного полимерного покрытия повышается из-за локальности и самоконтроля процесса очистки от обледенения. Модальный анализ осуществлен в пакете конечно-элементного анализа ANSYS на основе численного решения связанной краевой задачи электроупругости об установившихся вынужденных электромеханических колебаниях представительной ячейки антиобледенительного индикаторного полимерного покрытия. Представлены результаты расчета собственных частот и форм колебаний представительной ячейки антиобледенительного покрытия, амплитудно-частотные характеристики механических напряжений на границе «покрытие/лед» для различных значений толщины присоединенного слоя льда для случая действия вынуждающей гармонической «силы» в виде управляющего электрического напряжения на электродах встроенного PEL-датчика.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлены асимптотические поля напряжений у вершины трещины в идеально пластическом материале в условиях смешанного деформирования для плоского деформированного и плоского напряженного состояний. Цель исследования обусловлена необходимостью построения аналитического представления поля напряжений в окрестности вершины трещины для всего диапазона значений параметра смешанности нагружения, характеризующего тип смешанного деформирования. Вид смешанного деформирования задается параметром смешанности нагружения, изменяющимся от нуля, что соответствует поперечному сдвигу, до единицы, что отвечает нормальному отрыву. Решение статически определимой задачи отыскания поля напряжений у вершины трещины получено методом разложения по собственным функциям. Найдены распределения напряжений в полном диапазоне смешанных форм нагружения от нормального отрыва до поперечного сдвига. Показано, что решение описывается различными функциональными зависимостями в разных секторах (в семи секторах - при нагружениях, близких к поперечному сдвигу, в шести - для значений параметра смешанности от 0,33 до 0,89, и в пяти секторах - при нагружениях, отвечающих значениям параметра смешанности нагружения, больших 0,89 для плоского деформированного состояния; в семи - от 0 до 0,39, пяти - от 0,39 до 1 для плоского напряженного состояния). Интересной характерной чертой полученного асимптотического решения является наличие диапазона значения параметра смешанности нагружения (от 0,89 до 1) для плоского деформированного состояния, при котором решение имеет вид распределения напряжений при нормальном отрыве. Следовательно, для плоского деформированного состояния существует такой диапазон значений параметра смешанности нагружения, при котором асимптотическое решение описывается соотношениями, не зависящими от значения параметра смешанности нагружения из этого диапазона, и соответствует чистому нормальному отрыву. В случае плоского напряженного состояния такой диапазон отсутствует и решение отражает любое значение параметра смешанности нагружения. Полученное асимптотическое решение задачи может рассматриваться как предельное решение для материала, следующего степенному закону деформационной теории пластичности или степенному закону Бейли - Нортона.
Бесплатно
