Инженерный журнал: наука и инновации
# 11·2016 1
УДК 539.3 DOI 10.18698/2308-6033-2016-11-1552
Моделирование напряженно-деформированного
состояния композиционных оболочек с дефектами
© Ю.В. Захарова, Л.Г. Лохматова
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия
Рассмотрена актуальная задача моделирования напряженно-деформированного
состояния композиционных оболочек с дефектами. Данная тема является
перспективной, так как в настоящее время оболочки из композиционных
материалов часто выступают в качестве элементов различных силовых
конструкций, а появления дефектов практически невозможно избежать даже на
стадии изготовления. Предложена математическая модель деформирования
цилиндрических оболочек из композиционных материалов с дефектами, основанная
на гипотезе Тимошенко. Рассмотрены дефекты типа непроклея. С помощью
данной модели описан алгоритм решения задачи о напряженно-деформированном
состоянии цилиндрической оболочки с дефектами. Для численного решения
поставленной задачи использовался метод конечных элементов. Представленные
результаты численного моделирования позволили установить закономерности
влияния локальных несовершенств структуры на напряженно-деформированное
состояние цилиндрической оболочки из композиционных материалов с дефектами
типа непроклея.
Ключевые слова:
напряженно-деформированное состояние, цилиндрическая обо-
лочка, композиционные материалы, модель оболочек Тимошенко, непроклей.
Введение.
В современных силовых конструкциях находят широкое
применение волокнистые композиционные материалы, представ-
ляющие собой твердое полимерное связующее, армированное
высокопрочными и высокожесткими волокнами [1, 2]. Элементы
конструкций (стержни, пластины, оболочки) из подобных материалов
имеют требуемые механические свойства при высокой удельной
прочности и жесткости. Такие элементы конструкций применяются в
ракетно-космической технике, авиационной промышленности, автомо-
билестроении и в других отраслях [3–6]. Изучение различных свойств
конструкций, изготовленных из подобных материалов, является
перспективным направлением.
Кроме того, изготовленные из композиционных материалов
изделия существенно легче металлических аналогов, вследствие чего
в последнее время сформировалась тенденция увеличения габаритов
таких конструкций. Увеличение размеров изделия и его составных
элементов непосредственно связано с ростом вероятности появления
в них технологических дефектов [7–10], существенно влияющих на
прочностные свойства всего изделия.