Моделювання термопружних властивостей композитного матеріалу в задачах стійкості багатошарових оболонок
DOI:
https://doi.org/10.32347/2412-9933.2023.54.77-89Ключові слова:
тонка пружна оболонка, неоднорідна структура, просторовий багатошаровий скінченний елемент, односпрямований композитний матеріал, мікромеханічні параметриАнотація
Тонкостінні конструкції, елементами яких є пластини й оболонки з композитних матеріалів, все ширше застосовуються в різних галузях техніки. Зростаючі потреби практики та впровадження нових композитних матеріалів вимагають подальшого удосконалення методів розрахунку оболонкових конструкцій неоднорідної структури. Тому актуальною є проблема розробки адекватного методу аналізу поведінки оболонок, що виготовлені з композитних матеріалів багатошарової структури. Робота присвячена поширенню розробленого скінченно-елементного методу дослідження геометрично нелінійного деформування та стійкості пружних оболонок на задачі дослідження оболонок, матеріали шарів яких є композитами волокнистої структури. Для моделювання термопружних властивостей неоднорідного матеріалу оболонки застосовується метод структурування неоднорідностей матеріалу за товщиною і в плані оболонки за допомогою універсального просторового скінченного елемента. Визначення ефективних характеристик композитного матеріалу реалізується за структурними мікромеханічними параметрами його компонентів на основі відомих методик прогнозування пружних сталих для даної моделі композитного матеріалу. Багатошаровий скінченний елемент, створений в рамках розробленого підходу, призначений для дослідження тонких пружних оболонок як з традиційних, так і з композитних матеріалів. Наведено результати досліджень багатошарової композитної панелі з використанням різних мікромеханічних методик. Достовірність отриманих розв’язків обґрунтована шляхом порівняння з результатами, що одержані за допомогою програмного комплексу NASTRAN. Нова модифікація скінченного елемента, що розроблена, дає можливість достовірно, з прийнятною для інженерних розрахунків точністю, досліджувати напружено-деформований стан і стійкість багатошарових оболонок із волокнистих композитних матеріалів.
Посилання
Bondar, V. G., Bychkov, S. A., Korol, V. N. (2003). Solving the problem of creating aircraft structures from polymer composite materials at the ASTC "Antonov". Aerospace Engineering and Technology: Scientific and Technical. Magazine. Kharkiv: KhAI, 8 (43), 5–13. (in Russian).
Dobridenko, O. M., Sklyar, O. I., Turchyn, V. M., Belinska, R. B. (2012). Analysis of existing composite materials and assessment of their use in airframe structures of Ukrainian military aviation. Coll. of science Proceedings of the State Research Institute of Aviation, 15, 147–152. (in Ukrainian).
Vanin, G. A., Semenyuk, N. P., Emelyanov, R. F. (1978). Stability of shells made of reinforced materials. Kyiv: Nauk. Dumka, 212. (in Russian).
Yuskaev, V. B. (2006). Composite materials: Study guide. Sumy: Publication of Sumy State University, 199. (in Ukrainian).
Kucher, M. K., Kucher, M. K., Zarazovskyi, M. M. (2010). Evaluation of micromechanical models for predicting effective elastic constants of fibrous composites. Bulletin of the National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute". Mechanical engineering series, 58, 24–29. (in Ukrainian).
Carbon fibers and carbon composites. (1988). Translation from English. Ed. E. Fitzer. Moscow: Mir. 336. (in Russian).
Matthews, F., Rawlings, R. (2004). Composite materials. Mechanics and technology / transl. from English. Moscow: Technosphere, 407. (in Russian).
Kopan, V. S. (2004). Compositional materials: teaching. Manual. Kyiv: Pulsary, 196. (in Ukrainian).
Narusberg, V. L., Teters, G. A. (1988). Stability and optimization of composite shells. Riga: Zinatne, 297. (in Russian).
Bazhenov, V. A., Krivenko, O. P., Solovei, N. A. (2010). Nonlinear Deformation and Stability of Elastic Inhomogeneous Structure Shells. Кyiv: Vipol, 316. (in Ukrainian).
Krivenko, Olga P., Lizunov, Petro, Vorona, Yurii & Kalashnikov, Oleksandr. (2023). Application of the finite element moment scheme to the investigation of thin elastic shells of inhomogeneous structure. Management of Development of Complex Systems, 53, 52–62, dx.doi.org10.32347/2412-9933.2023.53.52-62. (in Ukrainian).
Bazhenov, V. A., Krivenko, O. P. (2020). Buckling and Vibrations of Elastic Inhomogeneous Shells under thermo-mechanical loads. Кyiv: Karavella, 187. (in Ukrainian).
Solovei, M. O., Krivenko, O. P., Mishchenko, O. O., Kalashnikov, O. B. (2012). Composite material characteristics consideration in a finite elements model of a inhomogeneous shell. Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles. Kyiv: KNUBA, 89, 172-180. (in Ukrainian).
Solovei, M. O., Krivenko, O. P., Mishchenko, O. O. (2013). Determination of the effective physicomechanical characteristics of unidirectional fiber composite material. Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles. Kyiv: KNUBA, 92, 30–49. (in Ukrainian).
Bazhenov, V. A., Krivenko, O. P. (2017). Application of techniques for predicting elastic properties of the composite material in the finite element model of the shell with inhomogeneous structure. Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles. Kyiv: KNUBA, 98, 3–15. (in Ukrainian).
Krivenko, O. P., Lizunov, P. P., Vorona, Yu. V., Kalashnikov, O. B. (2023). A Method for Analysis of Nonlinear Deformation, Buckling, and Vibrations of Thin Elastic Shells of an Inhomogeneous Structure. Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles. Kyiv: KNUBA, 110, 131–149.
Bloch, V. I. (1964). Theory of Elasticity. Kharkov: Publishing House of KhSU, 483. (in Russian).
Novatsky, V. (1975). Theory of elasticity. Moscow: Mir, 872. (in Russian).
Sakharov, A. S., et al. (1982). Finite element method in solid mechanics. Кyiv: Vishcha shkola. Golovn. izd-vo, 480. (in Russian).
Shalashilin, V. I., Kuznetsov, E. B. (1999). The method of continuation of the solution with respect to a parameter and the best parametrization in applied mathematics and mechanics. Moscow: Editorial URSS, 224. (in Russian).
Oden, J. (1976). Finite elements in non-linear continuum mechanics. Moscow: Mir, 464. (in Russian).
Bazhenov, V., Krivenko, O. (2018). Buckling and Natural Vibrations of Thin Elastic Inhomogeneous Shells. Saarbruken, Deutscland: LAP LAMBERT Academic Publishing, 97.
Solovei, M. O. (2003). Modeling of thermoelastic properties of multilayer materials in problems of stability of inhomogeneous shells. Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles. Kyiv: KNUBA, 73, 17-30. (in Ukrainian).
Lekhnitsky, S. G. (1977). Theory of elasticity of an anisotropic body. Moscow: Nauka, 416. (in Russian).
Ambartsumyan, S. A. (1974). General Theory of Anisotropic Shells. Moscow: Nauka, 446. (in Russian).
Bolotin, V. V., Novichkov, Yu. I. (1980). Mechanics of multilayer structures. Moscow: Mashinostroyeniye, 375. (in Russian).
Vasiliev, V. V., Protasov, V. D., Bolotin, V. V. (1990). Composite Materials: A Handbook. Under the general editorship. V. V. Vasilyeva, Yu. M. Tarnapolsky. Moscow: Mashinostroyeniye, 512. (in Russian).
Schapery, R. A. (1968). Thermal expansion coefficients of composite materials based on energy principles. J. Compos. Mater., 2, 3, 380.
Rudakov K.M. (2005). FEMAP. Geometric and finite element modeling of structures in MSC. VisualNastran for Windows: Manual. Kyiv: NTUU "KPI", 218. (in Ukrainian).
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Ольга Кривенко , Петро Лізунов , Юрій Ворона , Олександр Калашніков
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
