Совместное применение методов конечных элементов и фотоупругих покрытий к исследованию напряженного состояния объемных конструкций сложной формы

• Автор: Жидков, Александр Васильевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 123 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
(едение:
шва 1. Состояние вопроса. Цели и структура диссертационной
работы
1.1. Фотоупругость, метод фотоупругих покрытий
1.2. Численные методы определения напряженно-деформированного
состояния конструкций (метод конечных элементов)
1.3. Основные выводы
1.4. Цели и задачи диссертационной работы
.5. Содержание работы, научная новизна и практическая значимость
ава 2. Определяющие уравнения фотоупругости. Конечноэлементная формулировка задачи определения НДС
:.1. Распространение света в анизотропных средах
2. Соотношения между характеристиками двойного
лучепреломления и напряженным состоянием
.3. Анализ определяющих оптических уравнений фотоупругости
.4. Вариационная постановка задачи определения НДС трехмерных
конструкций
.5. Конечно-элементная формулировка задачи
.6. Описание используемого конечного элемента
ава 3. Методика сопоставления экспериментальных и
расчетных данных. Тестирование методики
.1. Описание постановки эксперимента и получаемых результатов
.2. Сопоставление экспериментальных и расчетных данных
.3. Описание пакета программ и алгоритмов визуализации
результатов численного расчета
.4. Тестирование методики на примере решения задач плоского
напряженного состояния (клин, диск, кольцо)
.5. Пространственная задача (цилиндрическая оболочка с
отверстием)
|ва 4. Анализ напряженного состояния цилиндра передней
опоры шасси самолета Як
1. Описание подготовки и проведения стендового испытания
2. Описание численного расчета
3. Анализ экспериментальных и расчетных данных
лючение
юок литературы

ВВЕДЕНИЕ
Современное развитие механики деформируемого твердого тела идет по тичным направлениям. Это механика технологического процесса, механика ериалов, механика конструкций. Проектирование конструкций в машиностроении дьявляет повышенные требования к качеству и надежности изделий. Одной из /альных проблем при проектировании машин и аппаратов является проблема чностной надежности их конструкций при различных внешних воздействиях, бенно это касается авиационной, автомобильной и других видов промышленности, )рые должны гарантировать максимальную безопасность жизни человека.
С точки зрения конечных результатов проектирования, желательно получить ективный аппарат, машину, сооружение и т.п., затратив для этого приемлемые ля и материальные ресурсы. Процесс создания сложного изделия включает такие >вные этапы как - концептуальное проектирование, математическое моделирование, льное проектирование, экспериментальные исследования и натурные испытания, [ботку (доводку), сертификацию, начало серийного производства. Основные затраты этом приходятся на многократно повторяемый цикл натурных испытаний и »док, длительность и стоимость которых может оказаться излишне велика. Одна из зин низкой эффективности связана с использованием упрощенных инженерных етов на начальных этапах конструирования, включая недостаточную точность ння внешних нагрузок и условий контактного взаимодействия между деталями и пней средой, определяемых условиями эксплуатации изделия. Интеграция усилий трукторов и аналитиков (прочнистов-расчетчиков высокой квалификации) на [их стадиях проектирования позволяет избежать большого числа ошибок и чностей, которые обычно выявляются в процессе стендовых и натурных испытаний, тцественно сокращает общее время и расходы на создание новой конструкции, чевым моментом проектирования становится исчерпывающая прочностная эрмацкя о будущей конструкции предоставляемая в наглядных геометрических и ювых образах, облегчающих интерпретацию результатов всем категориям цалистов, участвующим в проектировании [45].
В связи с этим разрабатываются и совершенствуются методы моделирования яженно-деформированного состояния, кинематических характеристик и прочности трукций. Моделирование как метод исследования в широком смысле этого слова ставляет собой построение удобных для описания и анализа моделей, подобных аемому объекту. Дальнейший процесс исследования состоит в описании и анализе моделей [87].
Модель можно построить и описать символически, тогда ее анализ

ществляется расчетными методами. Механическое поведение сложных конструкций, прочность, вид и условия разрушения зависят и от физико-механических и шческих свойств материалов, и от составляющих элементов, и от технологии повления и др. Учесть все эти факторы при построении математических моделей и ыботать на их основе аналитические и численные методы решения задач механики ?вычайно трудно.
Модель объекта можно также материализовать, тогда ее анализ проводится шчными экспериментальными методами, которые позволяют судить о утоспособности конкретного изделия (а по нему, в среднем, и обо всей партии этипных изделий), оценивать фактическое напряженно-деформированное состояние С), прочностную надежность при фактической точности изготовления и сборке лей [94]. Конечно, в единичном эксперименте результаты лабораторных, стендовых зтурных испытаний могут иметь формально не высокую точность. Кроме того, [ериментальные методы, как правило, являются дорогостоящими и не позволяют /чить информацию о любых элементах конструкций в силу недоступности [ещения измерительной аппаратуры во всех точках объема.
Современные расчетные методы (аналитические и численные), как правило, :е дорогостоящие по сравнению с экспериментальными методами и позволяют нить достаточно широкий спектр характеристик деформирования конструкций, Бедствующих известным физико-математическим моделям механики сплошных , Кроме того, современное развитие вычислительной техники и программного печения предоставляет возможность моделировать поведение конструкций с учетом шого количества факторов, оказывающих влияние на их деформирование. Однако симость результатов расчета от используемой математической модели (построенной >снове ряда предположений и экспериментально устанавливаемых параметров), тьности описания геометрии, учета реальных свойств поведения материалов, ватности начальных и краевых условий нагружения конструкции реальным виям эксплуатации требует в процессе проектирования и доводки конструкций лнительной проверки достоверности получаемых результатов (особенно енных) другими методами, и, прежде всего - экспериментальными.
Следует отметить, что каждый вычислительный и каждый экспериментальный ц исследования прочностной надежности наиболее эффективно применим в целенных условиях и поставленных перед ним целях. Ни один из методов не может ;ндовать на универсальность применения, тем более с учетом неограниченного ообразия машин, приборов, аппаратуры, условий работы каждой из деталей. Сами :риментальные методы зачастую ограничены в своих возможностях принципиально

г'жность и волна становится циркулярно поляризованной. Если порознь ах =0 или 0, то волна будет линейно или плоско поляризованной. Плоскость, проведенная через ор Е и волновой вектор, называется тоскостью колебаний. Плоскость поляризации тоскость, проведенная через вектор Н и волновой вектор. Амплитудой линейно физованной электромагнитной волны называется максимальное значение модуля ора Е.
Световая волна всегда обнаруживается по ее энергетическим действиям, фазу фужить невозможно [10]. Величина, численно равная энергии, переносимой волной единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной к >авленнк> распространения волны, называется интенсивностью электромагнитной пл. Интенсивность I связана с вектором потока энергии (вектором Пойтинга) с 1 г
—Е х Н соотношением / = ~-8 У/, где с - скорость света в вакууме, х - векторное
введение, Тпериод волны [87].
В оптически изотропных средах скорость света не зависит ни от направления ространения световой волны, ни от характера поляризации волны. При обычных виях газообразные, жидкие и твердые аморфные диэлектрики оптически ропны. В то же время почти все кристаллические диэлектрики оптически отропны. Кроме того, оказывается, что под влиянием внешних воздействий среда, лая оптически изотропной, может стать оптически анизотропной. Эго явление [вается искусственной оптической анизотропией [111]. Диэлектрические свойства дого тела меняются не только при изменении его плотности, но и при деформациях, (еняющих плотности. Деформация нарушает, вообще говоря, изотропию тела; в пьтате становятся анизотропными также и его диэлектрические свойства [50].
Двойное преломление - это первое явление, в котором была экспериментально ружена поляризация света. Двойное преломление свет испытывает только на ице прозрачных анизотропных сред.
Причина преломления луча на границе прозрачной изотропной среды -нение скорости света в среде по сравнению с вакуумом (или воздухом). Оно ктеризуется показателем преломления п = с / V, постоянной величиной для данной ы и данной длины световой волны, не зависящей от угла падения. Это и ;твснно, так как среда изотропна.