WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Кулинич Иван Игоревич

УСТОЙЧИВОСТЬ ПРОДОЛЬНО-СЖАТЫХ СТЕРЖНЕЙ ПЕРЕМЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ ПРИ ПОЛЗУЧЕСТИ

05.23.17 – Строительная механика

Автореферат диссертации на соискание учной степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону – 2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный строительный университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Языев Батыр Меретович

Официальные оппоненты: Андреев Владимир Игоревич член-корр. РААСН, доктор технических наук, профессор, зав. каф. «Сопротивление материалов», МГСУ Высоковский Дмитрий Александрович кандидат технических наук, доцент, кафедры «Техническая механика», РГСУ

Ведущая организация: ФГБУН Комплексный научно-исследовательский институт им. Х.И. Ибрагимова РАН

Защита диссертации состоится «30» ноября 2012 г. в 12:00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.207.02 при Ростовском государственном строительном университете по адресу: 344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162, РГСУ, главный корпус, ауд.232, тел/факс 8(863)20-19-109; 20-19-103;

E-mail: dis_sovet_rgsu@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного строительного университета и на сайте www.rgsu.ru Автореферат разослан «25» октября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук, доцент А.В. Налимова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Потеря устойчивости сжатого стержня представляет собой опасное явление и поэтому оценка несущей способности конструкции, помимо прочностного расчета и расчета на жесткость, должна включать вопросы устойчивости всей системы и отдельных ее элементов. В первую очередь это очень важно для строительства, так как потеря устойчивости сжатого стержня возникает внезапно и задолго до того, как будет исчерпана прочность материала, процесс протекает очень быстро и часто приводит к разрушению строительной конструкции.

В большинстве конструкций применяются стержни с неизменной по их длине жесткостью, а для уменьшения их массы целесообразно использовать стержни переменной жесткости. Такие стержни рассматривались в источниках многими авторами, но стержни исследовались в основном металлические, изготовление которых –сложный и дорогостоящий процесс.

Развитие технологии изготовления изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) привело к тому, что стало возможным получение конструкций различной формы, при этом сам процесс получения таких изделий значительно проще и экономичнее, нежели аналогичных металлических.

Например, такие изделия можно получить путем подмотки пултрузионного стержня, либо методом ручной выкладки по шаблонам и т.п.

Снижение материалоемкости, характеризующееся отношением критической силы к массе стержня, стало актуальным в период развития авиа - и ракетостроения. Результаты расчета устойчивости стержней переменного сечения, связанные с этой проблемой, нашли отражение и в исследованиях за рубежом.

Однако рекомендаций по выбору эффективной формы стержней обнаружить не удалось.

Первые попытки отыскания оптимальной формы сжатых осевыми силами колонн принадлежат Ж.Л. Лагранжу. Для нахождения максимальной осевой критической силы колонны сплошного кругового поперечного сечения при ее минимальном объеме он ввел величину, назвав ее эффективностью. До настоящего времени решение такой задачи в общем виде отсутствует. Крайне редко рассматриваются вопросы постановки и решения задачи устойчивости стержня переменного по длине поперечного сечения с учетом его массы и рекомендации по выбору закона изменения поперечного сечения.

Следует отметить, что в настоящее время очень высокой механической прочностью отличаются однонаправленные армированные стержни из композитного материала (анизотропные пластмассы, стеклопластики), применяемые в сильно нагруженных деталях.

Однако в реальных конструкциях не всегда удатся полностью реализовать прочностной ресурс этих изделий. Важнейшими из них являются: условия заделки стеклопластикового стержня в сопрягаемые элементы конструкции;

значения температур, при которых эксплуатируют изделие; характер среды, воздействующей на изделие при эксплуатации; характер приложения механических нагрузок (кратковременные, длительные с постоянным значением, длительные с периодическим изменением значений и т. д).

Для решения упомянутой проблемы необходимо использовать уравнения связи, максимально описывающие связь между деформацией, напряжением, временем и температурой.

Поскольку полимерные материалы обладают относительно меньшими жесткостями, чем традиционные, то актуальной является задача об устойчивости стержней, изготовленных как из гомогенных полимеров, так и стеклопластиков, составной частью которых служит полимерное связующее.

С другой стороны, изучение устойчивости полимерных стержней имеет большое значение с точки зрения применения тех или иных уравнений, описывающих механическое поведение материалов.

Представляет интерес вопрос устойчивости стержней, обладающих неко( ) торой начальной погибью, т.е..

Из всех проведнных по проблеме устойчивости полимерных стержней исследований имеется крайне мало работ, в которых учитывались бы такие факторы, как: переменная жесткость, способ закрепления стержня, влияние температурного поля, и соответствующей ему наведенной неоднородности материала, начальной погиби стержня и т.д.

Таким образом, цель диссертационной работы заключается в теоретическом исследовании потери устойчивости стержней переменной жесткости с учтом начальных несовершенств, способов закрепления стержней, температурного поля и, соответственно, косвенной неоднородности материала.

Объект исследования: полимерные стержни переменной жесткости.

Предмет исследования: оценка влияния начальных несовершенств, переменной жесткости, способов закрепления, температурного поля и, соответственно, косвенной неоднородности материала, на устойчивость стержней.

Цель исследования. Разработать научно-обоснованные методы расчета стеклопластиковых стержней переменной жесткости на устойчивость с учетом физически и геометрически нелинейных моделей материала. На основе уточненного моделирования сформулировать упрощающие гипотезы и разработать методику инженерных расчетов.

Задачи исследования:

проанализировать современные методы расчета на устойчивость стеклопластиковых стержней;

провести численные исследования потери устойчивости стержней с учетом типовых форм изменения жесткости вдоль оси;

оценить эффективность использования стержней переменной жесткости;

разработать аналитические и численные методики расчета на устойчивость стержней в условиях вязкоупругости для стержней переменной жестокости круглого и прямоугольного сечений при различных граничных условиях от действия осевой нагрузки;

разработать аналитические и численные методики расчета на устойчивость неоднородных стержней переменной жесткости при ползучести для круглого и прямоугольного сечения с учетом действия температуры и осевого сжатия;

вывести разрешающие уравнения для процесса потери устойчивости стержней при иных уравнениях связи.

Научная новизна проведено исследование устойчивости стержней переменной жесткости с использованием энергетического метода Ритца-Тимошенко;

проведено исследование устойчивости стержней при одновременном учте начальных несовершенств, способов закрепления стержней, и переменной жесткости;

проведено исследование устойчивости стержней с учтом косвенной неоднородности материала стержня, наведнной температурным полем; исследование проведено с тем учтом того, что физико-механические и высокоэластические параметры материала описываются нелинейными соотношениями и являются сильными функциями температуры и геометрической нелинейности материала;

проведено исследование устойчивости стержней переменной жесткости для уравнения связи Максвелла-Томсона; показано, что при условии прогиб стержня стремится к конечному значению.

Для решения поставленных задач применены следующие методы исследований:

математического моделирования и оптимизации;

численные;

численно-аналитические.

Достоверность полученных результатов подтверждают:

совпадением результата численного решения задачи о напряженнодеформированном состоянии продольного изогнутого стержня с известными решениями и экспериментальными данными;

сравнением результатов решения задач для различных материалов с решениями, полученными другими авторами;

сравнением результатов решения модельных задач с известными аналитическими решениями;

проверкой выполнения всех граничных условий, дифференциальных и интегральных соотношений.

Вычислительные процедуры производились на базе современных ПЭВМ с использованием программного комплекса MatLab.

Практическая значимость работы заключается в решении задачи о продольном изгибе полимерных стержней переменной жесткости с учтом возмущений в нелинейной (физической и геометрической) постановке.

Результаты работы могут быть использованы при проектировании трхслойных стеновых панелей, в конструкции трхслойных кирпичных стен, автодорожных пролтных строений, армированных стержнями стеклопластика.

Апробация работы. Результаты исследования доложены на: двух Международных научно-практических конференциях «Строительство» (Ростов-наДону, 2010, 2012гг.), «Молодежном инновационном конвенте» (Ростов-наДону, 2011г.), научном семинаре кафедры «Сопротивление материалов» Ростовского государственного строительного университета (Ростов-на-Дону, 2012 г.).

Результаты исследований внедрены в лекционном и практическом курсе, в дипломном проектировании, в научно-исследовательских работах студентов, магистров и аспирантов кафедры «Сопротивление материалов» Ростовского государственного строительного университета.

Публикации. Результаты исследования изложены в 10 публикациях: 7 в изданиях ВАК РФ, 1 патент на полезную модель, 3 статьи в других изданиях, монографии.

Автор выражает признательность за помощь при выполнении исследований победителю всероссийской олимпиады по Сопротивлению материалов студенту 4 курса ИПГС РГСУ А.С. Чепурненко, к.т.н., доц. С.В. Литвинову.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений, изложена на 140 страницах машинописного текста и содержит 40 рисунков, 4 таблиц, 2 приложения.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы и выбранного направления исследования, сформулированы цели и основные положения, которые выносятся на защиту. Дана краткая аннотация всех глав диссертации.

В первой главе дан краткий обзор существующих работ по теме диссертации, вопросы устойчивости стержней при ползучести полимерных материалов, основные соотношения. В разделе 1.1 рассматривается энергетический критерий устойчивости и соответствующий метод расчета. Здесь также подробно приведена история развития метода.

В разделе 1.2. представлены и разобраны теоретические и экспериментальные вопросы устойчивости стержней при ползучести. Описаны критерии выпучивания стержней.

Для описания нелинейного механического поведения полимеров, лучшее согласие с экспериментальными фактами имеет уравнение, полученное Г.И. Гуревичем. В параграфе 1.3 подробно описано это нелинейное обобщнное уравнение связи.

Вторая глава посвящена теоретическому исследованию продольносжатого однонаправленного армированного стеклопластика переменной жесткости. Представлены результаты решения ряда модельных задач и показано влияние типовых форм изменения жесткости при различных вариантах закрепления и механической продольной нагрузки для круглого и прямоугольного поперечного сечения. Температурное нагружение отсутствует.

При Эйлеровой форме потери устойчивости критическую силу определяют из дифференциального уравнения изогнутой оси, справедливого для любого участка стержня, в пределах которого продольная сила неизменна.

Для стержня с переменной жесткостью это уравнение имеет вид:

( ) ( ) ( ), - (2.1) ( ) ( ) где – прогиб стержня; – переменная жесткость стержня; - сжимающая нагрузка.

При расчете стержня переменного сечения (рис.1) уравнение (2.1) становится однородным дифференциальным уравнением четвертого порядка с переменными коэффициентами.

Рис.1. Продольно-сжатый стержень переменной жесткости Аналитически такого вида уравнения (2.1) решаются крайне редко, ввиду сложности переменных коэффициентов, и чаще всего прибегают к использованию приближенных методов, к которым относится и энергетический метод Ритца-Тимошенко. Энергетический критерий служит основой для эффективных приближенных методов решения задач устойчивости.

Энергию упругой деформации изгиба вычислим по известной формуле ( ) ( ) ( ) Работа внешней силы производится на перемещении, которое известно (с точностью до малых высшего порядка) как разность между длиной стержня и проекцией изогнутого стержня на ось ( ) Таким образом, полная энергия равна:

( ) ( ) ( ) * + * + (2.2) Для прямолинейной формы равновесия величина Эта форма равновесия будет устойчивой, если в искривлнном состоянии энергия увеличивается. Она не является устойчивой формой равновесия, если полная энергия системы при выпучивании уменьшается. Поэтому для устойчивости прямолинейной формы равновесия должно выполняться условие ( ) ( ) [ ] ( ) [ ] Критическая нагрузка определяется как минимум функционала, который следует искать в классе дважды дифференцируемых функций, удовлетворяющих граничным условиям опирания стержня.

( ) ( ) [ ] (2.3) ( ) [ ] В общем случае, согласно методу, изначально задаются предполагаемой формой изгиба в виде суммы функций с неопределенными множителями ( :

) ( ) ( ) (2.4) ( ) Здесь под понимаются функции от, удовлетворяющие геометрическим граничным условиям задачи, т.е. такие, которые относятся к прогибам и углам поворота, независимо от.

( ) Так как прогиб при постановке в формулу (2.3) можно определять с точностью до постоянного множителя, будем искать минимум функционала ( ) ( ) * + (2.5) в классе дважды дифференцируемых функций, удовлетворяющих дополнительному условию (2.6) ( ) * + Как известно, экстремальная задача (2.5) с ограничением (2.6) сводится к задаче об отыскании минимума функционала (2.7) ( ) ( ) ( ) 0 * +. * + / ( ) с множителем Лагранжа Подставляя функционал (2.7) приближенное выражение (2.4), мы сводим задачу к отысканию минимума функции переменных ( Необходимые условия экстремума =0 представляют собой си ) стему линейных уравнений (2.8) Коэффициенты представляют собой:

( ) Однородная система (2.8) имеет нетривиальное решение при условии, что ее определитель (2.9) ( ) Выражение (2.9) представляет собой алгебраическое уравнение степени относительно параметра Если учесть, что, то решение (2.9) будет существовать только в том случае, если и если определитель, состоящий из коэффициентов при, будет равен нулю. Решая его, мы найдем корней (можно доказать, что все они будут действительными). Наименьшее из этих значений дает приближенно величину критической нагрузки.

В таблице №1 приведены некоторые результаты решения модельных задач. В частности, рассмотрены все виды закрепления стержней.

Таблица №Функция и график изменения Схема опирания Функция прогиба жесткости стержня ( ) * + ( ) ( ) 1.

( ) ( ) ц Номер варианта ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] 2.

( ) ( ) ( ) ( ) [ ( )] 3.

( ) ( ) * + ( ) * + 4 ( ( ) [ ] 4.

) * + * + { ( ) ( ) Резюмируя по второй главе, можно отметить, что создана методика определения критических усилий для стержней переменной жесткости и составлено программное обеспечение для ее реализации. Подобраны оптимальные формы стержней. Показано, что уровень снижения массы для всех рассматриваемых форм стержней составляет до 17%.

Величина критических усилий для стержней с переменной жесткостью при варианте закрепления «жесткая заделка – шарнир» в 1,27 раза больше критических усилий стержня постоянной жесткости.

В третьей главе приводится теоретическое исследование устойчивости сжатых полимерных стержней переменной жесткости при различных вариантах закрепления и механической продольной нагрузке. Здесь рассматриваются стержни без влияния температуры, но учитывается переменная изгибная жесткость и начальные несовершенства.

При выводе основных уравнений для различных вариантов закрепления стержней используются классические допущения и гипотезы.

Граничные условия при закреплении стержня «шарнир-шарнир» можно записать следующим образом:

(3.1) при :, ; при :, ;

в случае закрепления «заделка-заделка»:

при :, ; при :, ; (3.2) в случае закрепления «заделка-шарнир»:

(3.3) при :, ; при :,.

в случае закрепления «заделка-свободный край»:

(3.4) при :, ; при : * ( ) ( )+ Таким образом, для любого сечения стержня могут быть записаны интегральные квазистатические условия в полярных координатах:

(3.5) (3.6) С учтом гипотезы плоских сечений, и интегральных соотношений можно записать выражение для деформации средней оси стержня (3.7) Рядом авторов (проф. В.И. Андреев, проф. Турусов Р.А, С.Б. Языев) решение подобных задач рассматривалось только при учте одного единственного уравнения связи и прямоугольного сечения. К примеру, вышеуказанные авторы использовали уравнение связи Максвелла-Гуревича и получали разрешающие уравнения относительно двух функций: функции напряжений и функции перемещений для прямоугольного сечения:

| | | | | | | | Однако в таком виде уравнения могут быть использованы только при применении уравнения связи Максвелла-Гуревича. Поэтому необходимо получить разрешающие уравнения, лишенные этого недостатка и подходящие для произвольного уравнения состояния и любого сечения.

Рис.2. Расчетная схема задачи при варианте Рис.3. Расчетные схемы задач при закре- закрепления «шарнир-шарнир» плении стержня «заделка-заделка» (а) и «заделка-шарнир» (б) С учетом того, что обратный радиус кривизны окончательное разрешающее уравнение для оси стержня (круглое и прямоугольное сечение) принимает вид:

(3.8) ( ) ( ) ( ) (3.8a) ( ) ( ) ( ) Решение уравнения (3.8) и (3.8а) получено методом конечных разностей (МКР), интегралы определяются с помощью метода Симпсона. Методика численного решения задачи подробно изложена в параграфе 3.3 диссертации. Важно отметить что уравнение (3.8 и 3.8а) пригодно только для варианта «шарниршарнир» Ниже приводится решение тестовой модельной задачи, ранее рассмотренной рядом авторов для прямоугольного сечения (табл. 1). В таблице:

– результат, полученный автором, – результат, полученный чл.корр. РААСН, проф. В.И. Андреевым, – результат, полученный к.т.н., доц.

С.Б. Языевым Таблица Сравнение результатов расчета задачи для образца из эпоксидной смолы ЭДТ -10 с известными решениями (положительным напряжениям соответствует сжатие),,,,,,,,, МПа МПа МПа МПа МПа МПа МПа МПа МПа -4 16,000 16,002 15,990 19,310 19,800 19,741 31,435 31,632 31,5-2 11,152 11,147 11,145 13,305 13,586 13,581 21,009 21,134 21,10 5,780 5,780 5,779 5,982 6,010 6,008 6,632 6,680 6,62 0,270 0,274 0,276 1,947 2,001 2,004 -9,396 -9,189 -9,24 -5,254 -5,247 -5,240 -9,860 -10,003 -9,996 -24,083 -23,801 -23,9Рассматривается шарнирное закрепление полимерного стержня (материал ЭДТ-10). Стержень имеет следующие расчтные параметры:,,,, Как видно из таблицы, решение тестовой задачи очень хорошо согласуется с решением проф. В.И. Андреева в начале процесса ползучести (расхождение менее 1%), а с решением доц. С.Б. Языева – конца процесса ползучести. В целом можно говорить о достоверности полученных результатов и правильности работы предлагаемого алгоритма решения задачи.

Вызывает интерес процесс потери устойчивости для переменного прямоугольного и круглого сечения постоянной массы. Стержень имеет начальную погибь, изменяющийся по закону:

Решения модельных задач с закреплением «шарнир-шарнир» сведены в таблицу:

Таблица № Варьируемый параметр Размер сечения Нагрузка Критическое время =const ЭДТ-10 ПММА =const 1 55 Кг ( ) 2 55 Кг ( ) 150 Кг ( ) 4 150 Кг 5 Круг 50 Кг - 6 50 Кг - Квадрат Для задания всех возможных условий закрепления стержня, выражение (3.8) и (3.8а) дважды дифференцируется по :

(3.9) [ ] [ ] 0 ( ) ( ) ( ) (3.9а) [ ] [ ] * + ( ) ( ) ( ) Зависимость скорости деформаций и напряжений описывается обобщнным нелинейным уравнением Максвелла-Гуревича, которое можно представить следующим образом:

| | (3.10) В выражениях (3.10): и – напряжения и высокоэластические деформации вдоль оси ; – модуль упругости; – коэффициент начальной релаксационной вязкости; – модуль высокоэластичности; – модуль скорости.

В силу сложного строения, неоднородностей, как на молекулярном уровне, так и на надмолекулярном уровнях, полимеры обладают дискретным набором спектра времен релаксации, так что в правую часть (3.9) высокоэластические деформации должны входить в виде суммы нескольких членов.

Учет нескольких членов спектра сильно затрудняет вычисления и при решении конкретных задач механики полимеров достаточно учитывать две составляющие высокоэластической деформации: «старшую» и «младшую». «Старшей» считается та составляющая, у которой наибольший модуль высокоэластичности (т.е. ) и наименьший коэффициент релаксационной вязкости (т.е. ). В данной работе рассматривается относительно непродолжительный временной период.

Отметим, что учет двух спектров и высокоэластической деформации рассмотрен в главе 4.

Раздел 3.4 диссертации посвящн решению модельных задач, в которых стержень имеет начальную погибь, изменяющийся по закону:

- для вариантов закрепления стержня «шарнир-заделка» и «заделказаделка» - для вариантов закрепления стержня «заделка-свободный край» и ( ) Однако необходимо отметить, что начальная погибь может изменяться по любому закону.

Глава 4 посвящена исследованию устойчивости полимерных стержней переменной жесткости с учтом их различных закреплений, начальной погиби, наличию переменного по оси стержня температурного поля и наведнной им, соответственно, косвенной неоднородности материала стержня, нелинейных соотношений физико-механических параметров материала, т.е.

( ) ( ) Использованные в расчетах значения релаксационных констант, их зависимости от температуры для эпоксидной композиции ЭДТ-10 и полиметилметакрилата (ПММА) для «старшего» составляющего спектра приводятся в работе проф. В.Ф. Бабича и А.Я Гольдмана:

ЭДТ-10 ПММА * + * + * + * + * + * + ( ) + ( ) * + * Здесь – температура в градусах Цельсия.

Выражение для осевой деформации стержня теперь приобретает вид (4.1) А основное разрешающее уравнение для прямоугольного и круглого сечения:

( ) ( ) 0 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) В задачах диссертационной работы не предполагалось точное определение распределения температурного поля по оси стержня с использованием уравнения теплопроводности Фурье, поэтому был принят следующий линейный закон (4.4) ( ) где – скорость роста температуры,.

Таким образом, на первом этапе определяется распределение температурного поля по оси стержня. На следующем этапе определяется распределение физико-механических упругих и релаксационных параметров по оси стержня в зависимости от температурного поля. Третьим этапом определяется напряженно-деформированное состояние полимерного стержня.

В параграфе 4.3 приводится методика и алгоритм решения задач, а в 4.4 решение модельных задач. Во всех задачах стержень иметь следующие геометрические параметры:,, и постоянный и переменный диаметр Рост температуры происходит в течение одного часа. Рассматриваются задачи с вариантами закрепления «шарнир-шарнир», «шарнир-заделка» и «заделка-заделка».

Задача №1. Закрепление стержня «шарнир-шарнир». Материал стержня – ЭДТ-10. На стержень приложена продольная нагрузка,.

а) Сечение круглое. Диаметр меняется по закону ( ) Температура меняется по длине стержня:

( ),. Потеря устойчивости происходит через 15ч 20 мин ( ) б) Сечение прямоугольное. Ширина меняется по закону ( ( ) ) Температура меняется по длине стержня:, ( ). Потеря устойчивости происходит через 26 ч 12 мин Задача №2. Закрепление стержня «заделка-заделка». Материал стержня – ЭДТ-10. На стержень приложена продольная нагрузка.

а) Сечение круглое, переменное. Диаметр меняется по закону ( ) Температура меняется по длине стерж( ) ( ) ня:,. Рост температуры происходит в течение одного часа. Потеря устойчивости для переменного сечения происходит через 6 ч 00мин.

б) Сечение прямоугольное переменное. Ширина меняется по закону ( ) Температура меняется по длине ( ) ( ) стержня:,. Рост температуры происходит в течение одного часа. Потеря устойчивости для переменного сечения происходит через ч 00мин.

В задачах с вариантом закрепления «шарнир-шарнир» стержень имеет начальную погибь, изменяющуюся по закону где ; в остальных случаях начальная погибь изменяется по закону:

Количество интервалов по осям,, равно 80, т.е..

Как видно из решения задач температурный режим имеет существенное влияние на потерю устойчивости стержня. Особенно явно это прослеживается при закреплении стержня «заделка-шарнир». Так, если рост температуры происходит в защемлении, то стержень теряет устойчивость в ~2 раза быстрее, чем, если бы рост температуры происходил бы в шарнире.

В главе 4.5 рассматривается процесс потери устойчивости стержней полиэтилена низкой плотности при иных уравнениях связи, в частности в качестве уравнения состояния используется уравнение Максвелла-Томпсона (4.5) [( ) ] а б Рис. 4. Результаты расчета задачи №1 (закрепление «шарнир-шарнир»). Рост стрелы прогиба и напряжения по высоте сечения стержня во времени для: варианта (а), варианта (б). Положительным напряжениям соответствует сжатие а б Рис. 5. Результаты расчета задачи №2 (закрепление «заделка-заделка»). Рост стрелы прогиба и напряжения по высоте сечения стержня во времени для: варианта (а), варианта (б). Положительным напряжениям соответствует сжатие а б в г д Рис. 6. Результаты расчета задач при изменении температуры на одном из концов стержня: рост температуры стержня (а), изменение модуля упругости материала стержня (б), изменение модуля высокоэластичности (в), изменение модуля скорости (г) и изменение коэффициента начальной релаксационной вязкости (д).

Материал - ПММА В разделе 4.5. рассматривается процесс потери устойчивости стержней при иных уравнениях связи, в частности в качестве уравнения состояния используется уравнение Максвелла-Томпсона (4.6) [( ) ] Приводится решение модельных задач, рассмотренных профессором П.А. Белоусом В своей работе П.А. Белоус приводит решение для стержня из ПНП при температуре, варианте закрепления «шарнир-шарнир» и следующих физико-механических характеристиках:

Стержень длиной с квадратным поперечным сечением.

В диссертации приведены графики зависимости безразмерной стрелы прогиба от безразмерно времени для различных значений сжимающего усилия. Хорошо видно поведение стрелы прогиба при условиях, и, где. Разница с решением проф. П.А. Белоуса ( ) не превышает 1%. Кроме того, проф. П.А. Белоус не определял рост напряжений в стержне Проф. П.А. Белоус ограничился в своих исследованиях рассмотрением закрепления «шарнир-шарнир», в диссертационной работе приводятся графики роста стрелы прогиба и напряжений в среднем сечении стержня при вариантах закреплений «заделка-заделка», «заделка-шарнир» и «заделка –свободный край».

В разделе 4.6 рассматривается задача устойчивости для полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) с учетом двух спектров времен релаксации. Рассматривались задачи для круглого и прямоугольного сечения. Задачи представлены со следующими вариантами закрепления: «шарнир-шарнир», «шарнирзаделка» и «заделка-заделка». Результаты решения приведены на рис.а б в Рис. 7. Результаты расчета задач. Рост стрелы прогиба и напряжения по высоте сечения стержня во времени для: варианта (а) – «шарнир-шарнир» прямоугольник, варианта (б) – «шарнир-заделка» круг, варианта (в) – «заделка - заделка» прямоугольник. Положительным напряжениям соответствует сжатие Таким образом, согласование результатов решения тестовых модельных задач с известными решениями (проф. В.И. Андреева, проф. П.А. Белоуса) позволяет говорить о достоверности полученных результатов и правильности предложенных методики и алгоритма решения задач.

Выводы Наиболее значимыми являются следующие результаты:

1. Проведено исследование устойчивости стержней переменной жесткости круглого сечения с использованием энергетического метода РитцаТимошенко.

2. Проведено исследование устойчивости стержней при одновременном учте начальных несовершенств, способов закрепления стержней, и переменной жесткости;

3. Проведено исследование устойчивости и релаксационных явлений в полимерных стержнях при вариантах закрепления «шарнир-шарнир», «шарнир-заделка», «заделка-заделка» и «заделка-свободный край». Полученные результаты показывают существенное различие от «классической» модели «шарнир-шарнир» при некоторых условиях температурного и силового нагружения.

4. Теоретическими исследованиями было показано существенное влияние физической и геометрической нелинейности материала на устойчивость стержня при температурных нагружениях. В частности, при температуре скорость потери устойчивости выше в ~50 раз, чем при температуре. В некоторых задачах при постоянном сечении потери устойчивости быстрее почти 6-7 раз чем при переменном.

5. Результаты исследования показали, что в случае в однородных стержнях изгиб стремится к конечному значению.

6. На базе применения численных методов разработаны методика, алгоритм численной реализации и программа расчта на ЭВМ задачи устойчивости сжатого стержня с учтом зависимости физико-механических параметров материала от температуры. Расчеты велись так же с учетом геометрической нелинейности при различных вариантах закрепления стержня и наличием начальной погиби оси последнего.

7. Теоретическими исследованиями было показано существенное влияние спектров врем релаксации материала на устойчивость стержня при силовом нагружении и поэтому пренебрегать данным свойством полимера нецелесообразно и желательно учитывать при расчетах.

Основные положения диссертации отражены в 13-ти публикациях в 7-ми изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Кулинич И.И., Клименко Е.С., Литвинов С.В., Языева С.Б. Устойчивость полимерных стержней при различных вариантах закрепления // Вестник МГСУ.

№2. т.2. 2011. С.153-157.

2. Кулинич И.И., Клименко Е.С., Литвинов С.В., Языева С.Б.. Расчет на устойчивость полимерных стержней с учетом деформаций ползучести и начальных несовершенств // Инженерный Вестник Дона: электронный журнал. №2. 2011.

URL: http://www.ivdon.ru/magazine/latest/n2y2011/418.

3. Кулинич И.И., Клименко Е.С., Литвинов С.В., Языева С.Б., Торлина Е.А. Расчет на устойчивость стержней из ЭДТ-10 при различных вариантах закрепления // Инженерный Вестник Дона: электронный журнал. №2. 2011.

URL: http://www.ivdon.ru/magazine/latest/n2y2011/415.

4. Кулинич И.И., Языев С.Б., Языева С.Б.. К вопросу определения релаксационных констант уравнения связи максвелла для жестких полимеров в задачах устойчивости // Инженерный Вестник Дона: электронный журнал. №3. 2012.

URL: http://www.ivdon.ru/magazine/latest/n3y2012/95. Кулинич И.И., Литвинов В.В., Языев С.Б. Исследование устойчивости неоднородных полимерных стержней в условиях термовязкоупругости // Инженерный Вестник Дона: электронный журнал. №3. 2012.

URL: http://www.ivdon.ru/magazine/latest/n3y2012/96. Кулинич И.И., Литвинов В.В. Соотношения между компонентами поверхностной нагрузки в оболочках вращения при безмоментном их состоянии // Инженерный Вестник Дона: электронный журнал. №3. 2012.

URL: http://www.ivdon.ru/magazine/latest/n3y2012/97. Кулинич И.И., Литвинов В.В, Чепурненко А.С. Выпучивание стеклопластиковых стержней переменной жесткости.// Новые технологии.№4 2012г. Журнал Майкопского государственного технологического университета в 3-х монографиях:

1. Кулинич И.И., Клименко Е.С., Аминева Е.Х., Литвинов С.В., Языев С.Б.

Устойчивость сжатых неоднородных стержней с учтом физической нелинейности материала. – Ростов-н/Д.: Рост. гос. строит. ун-т, 2011. – 75 с.

2. Кулинич И.И., Литвинов В.В., Языев Б.М., Некоторые вопросы общей устойчивости оболочек вращения. – Ростов-н/Д.: Рост. гос. строит. ун-т, 2012. – 88 с.

3. Кулинич И.И., Литвинов В.В., Литвинов С.В., Языев С.Б., Устойчивость продольно-сжатых стержней переменной жесткости при ползучести. – Ростов-н/Д.:

Рост. гос. строит. ун-т, 2012. – 131 с.

в 3-х других изданиях:

1. Кулинич И.И., Клименко Е.С., Языев С.Б., Литвинов С.В. Продольный изгиб полимерного стержня с учетом начальных несовершенств // «Строительство2011»: материалы Международной научно-практической конференции. Ростовн/Д: РГСУ, 2011. С. 159-161.

2. Кулинич И.И., Языев Б.М., Литвинов С.В., Кармаков А.М., Карамурзов Б.С., Ошхунов М.М.. Расчет на устойчивость стержней из ЭДТ-10 при воздействии температуры и начальной погиби стержня в виде S-образной кривой.// "Новые полимерные композиционные материалы": материалы VIII Международной научно-практической конференции. Нальчик: КБГУ им. Х.М.Бербекова, 2012. с.

236-239.

3. Кулинич И.И., Козельская М.Ю. Некоторые вопросы расчета защтиы с учетом теплового и ионизирующего излучений// «Строительство-2012»: материалы Международной научно-практической конференции. Ростов-н/Д: РГСУ, 2012. С.

125.

Печать цифровая. Бумага офсетная. Гарнитура «Таймс» Формат 60х84/16. Объем1,0 уч.-изд.-л.

Заказ №2632. Тираж 100 экз.

Отпечатано в КМЦ «КОПИЦЕНТР» 344022, г. Ростов-на-Дону, ул Суворова, 19, тел. 247-34-






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.