Оценка несущей способности и ресурса конструкционных элементов из композиционных материалов, содержащих расслоения

• Автор: Касьянов, Константин Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Б.м.
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Оглавление

Введение
Г лава 1 Обзор расчетно-теоретических моделей и методов механики
разрушения композитных материалов
1.1. Обзор работ по деформированию и разрушению конструкций, содержащих расслоения
1.2. Применение подходов механики разрушения к задачам о подрастании дефектов в конструкциях из композиционных материалов
1.3. Исследование динамического роста расслоений на основе вариационных принципов
Глава 2 Базовые алгоритмы оценки несущей способности композитных
стержней, балок и пластин, содержащих расслоения
2.1. Анализ и классификация расчётных моделей в рамках базовых алгоритмов
2.2. Алгоритмы оценки предельных нагрузок и остаточного ресурса стержневых конструкционных элементов с расслоениями
2.3. Алгоритмы оценки предельных нагрузок и остаточного ресурса балочных конструкционных элементов с расслоениями
Глава 3 Исследование процессов роста расслоений на основе аналитических моделей
3.1. Построение кривых зависимостей равновесных размеров дефекта от параметра нагрузки при квазистатическом нагружении
3.2. Исследование кинетики роста расслоений в стержневых и балочных элементах при нагружении падающим грузом
3.3. Исследование роста отслоений внешнего слоя в стержне при циклическом нагружении

Глава 4 Анализ процессов роста расслоений на основе метода конечных
элементов (МКЭ)
4.1. Применение МКЭ к вычислению равновесных размеров отслоений внешнего слоя в композитном стержне
4.2. Оценка равновесных размеров расслоений в балках с применением МКЭ 11з
4.3. Задача об устойчивости карманообразного отслоения в пластине
Основные выводы и результаты работы
Литература
Приложение
Приложение
Введение
В работе рассмотрены задачи, связанные с оценкой несущей способности и ресурса изделий из слоистых композиционных материалов, содержащих расслоения.
Элементы конструкций из слоистых композитных материалов находят широкое применение в современной технике [46,58]. Детали из стеклопластиков, углепластиков и других слоистых материалов, которые могут быть схематизированы как стержень, балка или пластина, применяются в энергомашиностроении (кронштейны, шпильки, прокладки, клинья в конструкции статора и ротора Турбо- и гидрогенераторов), авиастроении (каркас самолета, элероны, лопасти главного винта вертолета), в космической технике (решетка солнечной батареи спутников, антенны). Также, слоистые композиты применяются в строительной промышленности (трехслойные панели), в автомобилестроении, судостроении (балки в конструкции катеров), медицинской технике (протезы), в производстве спортивного инвентаря. Углепластиковые элементы используются при изготовлении линий электропередач, антенн, рам телескопов, стрел погрузочных машин и др.
В современных композиционных материалах наиболее опасными являются дефекты типа расслоений. Распространение дефектов в процессе работы при проектных режимах эксплуатации, а также превышение в аварийных случаях расчётных значений нагрузок может привести к наступлению предельного состояния. В этой связи актуальной является задача о создании алгоритмов, входными данными которых являются параметры конструкции, дефектов и данные о нагружении, а выходными данными - характеристические показатели несущей способности конструкционного элемента.
Под предельным состоянием понимается в соответствии с ГОСТ 27.002-89 понимается состояние элемента, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна.
Проблемы, связанные с устойчивостью и ростом расслоений, как при квазистатическом, так и при циклическом нагружении рассмотрены в рабо-

трещин начинает распространяться динамически по координате Гриффитса а,, соотношения (1.28) заменяются на следующие:
(1.29)
Имеется (л + 1) дифференциальное уравнение 2-го порядка относительно п +1 функции а, (0=9, С'.0->Цп(0- Начальные условия по координатам Лагранжа находятся интегрированием уравнений движения на предшествующем отрезке времени. Начальное значение -1- в момент (, в данном случае

удовлетворяет уравнениям:
если обобщённые силы претерпевают разрыв в момент страгивания.
Выводы по первой главе
В обзоре литературы рассмотрены работы, сосредоточенные на том, чтобы предложить адекватную модель конкретного объекта, сопоставить результаты её анализа с экспериментальными данными. Как упоминалось выше, отсутствуют описания базовых алгоритмов, то есть последовательностей действий, которая должна быть запрограммирована для вычислительной машины с целью оценки несущей способности конструктивного элемента из слоистого композита.
С7,(*.) = Гу(*.)
(1.30)
(д Ла д — +
Ж да1
и уравнениям
(?,(*.) = Г» С,.(Г+0) = Гу(Г+0)
(1.31)