Разработка метода анализа напряженно - деформированного состояния многослойных композиционных материалов и конструкций с учетом температурных, силовых и технологических воздействий

• Автор: Биткина, Елена Владимировна
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 162 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Современное состояние проблем механики деформиро

вания многослойных композиционных материалов (КМ) и конструкций

1.1. Варианты теории слоистых пластин и оболочек

1.2. Методы решения и исследования пластин и оболочек из ком- 16 позиционных материалов
1.3. Влияние технологических остаточных напряжений на меха- 22 ническое поведение (или НДС) композитных конструкций

Глава 2. Разработка математической модели напряженно

деформированного состояния многослойной композитной конструкции с учетом температурных и технологических воздействий

2.1. Расчетная модель многослойных панелей из композиционных 34 материалов

2.1.1. Модель напряженно-деформированного состояния компо- 35 зитной панели. Дифференциальные уравнения равновесия
2.1.2. Решение задачи изгиба многослойной композитной панели 52 с различными симметричными условиями закрепления краёв
2.1.3. Алгоритм анализа НДС слоистого анизотропного элемента 60 конструкции с учетом силовых, температурных и технологических воздействий
Глава 3. Параметрический анализ конструктивно - технологиче
ских факторов и синтез композиционного материала конструкции с учетом воздействий по критериям деформативности и несущей способности
3.1. Влияние угла разориентации на термо-механические характе- 66 ристики композита
3.2. Влияние технологического натяжения волокон КМ на фор

моизменение композитных панелей в зависимости от изменения объемного содержания исходных компонентов в структуре КМ с учетом и без учета угла разориентации
3.3 Влияние последовательности укладки слоев композита с одновременным изменением угла разориентации в первых трех слоях на формоизменение слоистых композитных панелей в зависимости от объемного содержания исходных компонентов в структуре КМ
3.4 Влияние изменения процентного содержания волокна, в первых двух слоях, на формоизменение композитных панелей
3.5 Влияние угла разориентации на формоизменение композитных панелей в зависимости от объемного содержания исходных компонентов в структуре КМ
3.6 Влияние угла разориентации и степени армирования КМ на распределение технологических остаточных напряжений в слоистых тонкостенных композитных панелях
3.7 Влияние технологического натяжения, режима отверждения и свойств материала на распределение технологических остаточных напряжений в слоистых тонкостенных композитных панелях
3.8. Внедрение результатов диссертации
4. Экспериментальная оценка методики расчета физико - механических характеристик и характеристик деформативности КМ
Заключение
Литература
Приложение А
Приложение Б
Введение
Композиционные материалы (КМ) находят все более широкое применение в различных отраслях техники, что объясняется широким спектром свойств, выгодно отличающих их от традиционных материалов и сплавов: высокая удельная прочность, жаростойкость, усталостная и длительная прочность и т.д.
Данный факт объясняет необходимость исследований, направленных на создание новых конструкций из композитов. Методам механики деформируемого твердого тела в совокупности этих исследований принадлежит одно из главных мест. Действительно, три основных проблемы - механика собственно композита (определение физико-механических свойств и задачи синтеза); методы расчета конструкций и их элементов на прочность, устойчивость, долговечность и задачи оптимизации; технология создания композиционных материалов и конструкций из них - решаются преимущественно методами механики. Аналогичные задачи возникают и при создании инженерных сооружений из традиционных материалов, однако удельный вес и значимость решения задач механики деформирования в каждой из перечисленных проблем применительно к композитам существенно выше.
Работы по созданию методов исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) КМ и внедрению этих материалов в различные конструкции ведутся в настоящее время достаточно широко. Однако, вопросам анализа влияния анизотропии термомеханических свойств, остаточных температурных напряжений и деформаций неоднородных слоистых конструкций, предварительного натяжения армирующих волокон, асимметрии свойств структуры пакета композиционного материала по толщине и ряда других факторов на НДС композита не уделено должного внимания. В качестве примера отметим, что в реальных конструкциях из композиционных материалов «случайная» анизотропия материала, связанная с технологиче-

2.1.1. Модель напряженно-деформированного состояния композитной панели. Дифференциальные уравнения равновесия
Для изучения НДС многослойного пакета плоских панелей тонкостенных пространственных конструкций, изготовленных из новых материалов композиционного типа, при построении расчетной схемы, должны быть приняты во внимание специфические особенности композитов, в том числе анизотропия термомеханических свойств.
В рамках анизотропной модели, пользуясь технической теорией тонких пластинок, рассмотрим расчет многослойной панели, обладающей анизотропией вследствие несимметрии свойств структуры пакета по толщине и находящейся под действием произвольного поперечного давления q(x,y), температурного поля Т и технологического натяжения Кнв.
Препреги предварительно натянуты, после отверждения натяжение снято. Так как структура слоистого элемента несимметрична, при последующей реализации гипотез о нормальном элементе в расчетной схеме теряется смысл срединной поверхности. Поэтому плоскость приведения, в которой располагаются координатные оси, и, соответственно, начало отсчета координаты в дальнейшем могут быть выбраны произвольно. Задача решается в перемещениях с применением гипотезы Кирхгофа, согласно которой для компонент вектора перемещений имеем:
,,, , dW
U = U0(x,y)-—-z;

V = V0(x,y)--—z; (2.1)

W = W(x,y),
где U0(х,у), V0(x,y) - перемещения U(x,y,z), V(x,y,z) и при z=0, т.е. в плоскости приведения, соответственно.