Метод расчета и оптимизация конструкции трехслойной панели с заполнителем в виде периодических складчатых структур

• Автор: Шабалин, Леонид Павлович
• Шифр специальности: 05.07.02, 05.07.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 119 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Моделирование процесса формообразования г-гофра из твердотельной металлической заготовки.

§ 1. Процесс формообразования 7-гофра.

§ 2. Постановка задачи.

§ 3. Верификация модели процесса формообразования.

§ 4. Результаты расчетов.

§ 5. Программное обеспечение расчета процесса формообразования. 29 § 6. Выводы.

ГЛАВА 2. Метод расчета параметров напряженно-деформированного и предельного состояния складчатых композитных заполнителей при поперечном обжатии и сдвиге

§ 1. Введение.

1.1. Типы складчатых заполнителей и их применение, сложность экспериментального исследования.
1.2. Краткий обзор литературы
1.3. Цель главы.
§ 2. Модель складчатого заполнителя.
2.1. Конечные элементы и геометрические модели.
2.2. Модели материала и их критерии разрушения.
2.3. КЭ модели гофров.
2.4. Граничные условия.
§ 3. Методика расчета.
3.1. Верификация конечно - элементной модели на различных сетках
3.2. Верификация использования ячейки периодичности
3.3. Алгоритм выбора модели материала.
3.4. Проверка моделей материала по результатам эксперимента.
§ 4. Результаты.

4.1. Деформирование гофров из арамида.
4.2. Деформирование гофров из карбона.
§ 5. Выводы.
ГЛАВА 3. Оптимизация структуры и материала композитных складчатых заполнителей по критерию максимальной несущей способности при статических видах нагружения.
§ 1. Построение структурных формул вычисления максимальной
несущей способности трехслойной панели с композитными внешними слоями и складчатыми заполнителями типа 2-гофр при внешней нагрузке поперечного обжатия и изгиба.
1.1. Определение оптимальной структуры и материала заполнителя по критерию удельной прочности при статических видах
нагружения.
1.2. Основные зависимости, уравнения равновесия и граничные условия предварительно напряженных анизотропных пластин складчатых заполнителей при статических нагружениях
1.2.1 Вычисление компонент тензора деформаций при
предварительном нагружении и поперечном изгибе граней заполнителя
1.2.2 Вычисление компонент тензора напряжений при
предварительном нагружении и поперечном изгибе граней заполнителя
1.2.3 Построения уравнений равновесия условий сопряжения и граничных условий при предварительном нагружении и поперечном изгибе граней заполнителя
1.2.4 Определение предварительных критических напряжений в гранях заполнителя при поперечном обжатии панели на примере Ъ -гофра.

1.2.5 Определение критической нагрузки при поперечном обжатии панели на примере Ъ - гофра.
1.3. Построение структурных формул вычисления критической нагрузки потери устойчивости ребер и пластинчатых элементов складчатых заполнителей трехслойной панели с композитными внешними слоями при поперечном обжатии
1.3.1 Определение структурной формулы вычисления эффективного критического напряжения потери устойчивости при поперечном обжатии Ъ - гофра.
§ 2. Определение рациональных параметров складчатых заполнителей по условиям максимальной удельной несущей способности панели при наличии технологических ограничений
§ 3. Выводы.
ГЛАВА 4. Оптимизация 3-х слойной панели по критерию минимального веса с кинематическими ограничениями при динамическом воздействии.
§ 1. Краткий обзор литературы. Задачи главы.
§ 2. Модель складчатого заполнителя. Высоко- и низкоскоростной удар
2.1. Складчатые заполнители
2.2. Конечные элементы и геометрические модели.
2.3. Модели материала и критерии разрушения.
2.4. Складчатый заполнитель типа 7-гофр при высоко- и низкоскоростном ударе. Верификация моделей и методики расчета
§ 3. Защитный экран при воздействии воздушной ударной волны.
3.1. Методика конечно-элементного расчета воздействия взрывной волны. Модель взрыва Кингсри-Балмеша.
3.2. Расчет взрывного воздействия на бронепластину с заполнителем
из пеноалюминия.

1.3. Цель главы.
Целью данной главы является создание методики расчета процесса деформирования, параметров НДС и предельного состояния ячейки периодичности складчатых заполнителей различной геометрии, изготовленных из различных композитных материалов с различной схемой армирования. На основе этой методики построение алгоритма, позволяющего по экспериментальной диаграмме «напряжение-деформация» при обжатии трехслойной панели, определять требуемую модель материала и критерии разрушения ячейки периодичности и всего заполнителя в целом.
§ 2. Модель складчатого заполнителя.
2.1. Конечные элементы и геометрические модели.
Все расчеты проведены с использованием программного комплекса А^УБМ^-БУМА. В качестве конечных элементов (КЭ) модели заполнителя были выбраны оболочечные 4-узловые с формулировкой Ве1у1зс1гко-Тзау [37]. Каждый элемент имеет 12 степеней свободы в каждом узле: 3 компоненты вектора перемещений, 3 компоненты вектора скорости, 3 компоненты вектора ускорения в осях х,у,г срединной поверхности и 3 компоненты вектора вращения вокруг осей х,у,г.
Элемент подобен четырехузловому изопараметрическому КЭ оболочки с шестью степенями свободы, подробно описанному в работе [39]. Поэтому для определения параметров указанного выше КЭ Ве1угзсЬко-Тзау дадим краткое описание КЭ, представленного в работе [39]. Обозначим его КЭ Голованов - Касумов по фамилиям авторов, которые впервые рассмотрели этот элемент в работе [40]. С помощью КЭ Голованов - Касумов осуществляется билинейная аппроксимация всех неизвестных функций. Элемент имеет 24 степени свободы по 6 в каждом узле (три перемещения и три вращения относительно глобальной системы